04.05 什麼是時間,為什麼它會向前移動?

想象的時間向後運行。人們會變得更年輕,而不是變老,經過漫長的生命週期後,他們不再學習他們所知道的一切,他們會在父母的眼中閃爍。這是科幻作家菲利普·K·迪克(Philip K . Dick)的小說中所代表的時代,但令人驚訝的是,時間的方向也是宇宙學家正在努力解決的問題。

什麼是時間,為什麼它會向前移動?

雖然我們想當然地認為時間有一定的方向性,但物理學家們卻不這麼認為:大多數自然法則都是時間可逆的,也就是說,如果時間被定義為向後跑,那麼它們也能正常工作。那麼時間為什麼總是向前移動呢?它會一直這樣做嗎?

  • 時間是否有開端

什麼是時間,為什麼它會向前移動?

任何普遍的時間觀念最終都必須以宇宙自身的進化為基礎。當你抬頭仰望宇宙時,你看到的是過去發生的事情,它需要時間來接近我們。事實上,即使是最簡單的觀察也能幫助我們理解宇宙時間:例如夜空是暗的這一事實。如果宇宙有一個無限的過去,並且在一定程度上是無限的,那麼夜空就會完全明亮,裡面充滿了宇宙中無數恆星的光。

長期以來,包括阿爾伯特·愛因斯坦在內的科學家都認為宇宙是靜止的、無限的。從那以後的觀察結果顯示,它實際上是在加速膨脹。這意味著它一定起源於一個更緊湊的狀態,我們稱之為大爆炸,意味著時間確實有一個開始。事實上,如果我們尋找光線足夠大,我們甚至可以看到遺物從大爆炸宇宙微波背景輻射。認識到這是決定宇宙年齡的第一步。

什麼是時間,為什麼它會向前移動?

但是有一個問題,愛因斯坦的狹義相對論,表明時間是相對的:相對於我,你移動得越快,相對於我對時間的感知,時間就會越慢。所以在我們的宇宙中,膨脹的星系,旋轉的恆星和旋轉的行星,時間的經歷是不同的:過去的,現在的和未來的都是相對的。

因此,是否有一個我們都能達成一致的普遍時間。

什麼是時間,為什麼它會向前移動?

事實證明,因為宇宙平均到處都是一樣的,而且在每個方向上的平均看起來都是一樣的,確實存在著一個宇宙時間。要測量它,我們所要做的就是測量宇宙微波背景的性質。宇宙學家利用這一點來確定宇宙的年齡;宇宙的年齡。事實證明宇宙有137.99億年的歷史。

時間箭頭

所以我們知道時間很可能是從大爆炸開始的。但還有一個揮之不去的問題:時間到底是什麼?

什麼是時間,為什麼它會向前移動?

要解開這個問題,我們必須看一下空間和時間的基本性質。在空間維度上,你可以向前和向後移動;每天上班族也是這種體驗這種。但是時間是不同的,它有一個方向,你總是向前走,永遠不會倒退。為什麼時間維度是不可逆的?這是物理學中未解決的主要問題之一。

為了解釋時間本身為什麼是不可逆轉的,我們需要在自然界中找到同樣不可逆轉的過程。在物理學(和生命)中,很少有這樣的概念:隨著時間的推移,事情會變得不那麼整潔。我們用一種叫做熵的物理性質來描述它,它編碼了一些東西是如何有序的。

什麼是時間,為什麼它會向前移動?

想象一盒氣體,其中所有的粒子最初都放在一個角落(一個有序的狀態)。隨著時間的推移,它們自然會試圖填充整個盒子(一個無序的狀態),並將這些粒子放回有序狀態,這需要能量。這是不可逆轉的。它就像在煎雞蛋的時候把煎蛋卷弄出來,然後把煎鍋填滿,它就再也不會變成雞蛋形狀了。宇宙也是如此:隨著它的發展,整體的熵增加了。

什麼是時間,為什麼它會向前移動?

熵是解釋時間箭頭的一個很好的方法。雖然看起來宇宙正變得更有序,而不是更少地從一個相對均勻地分佈在其早期到恆星、行星、人類和有關時間的文章的浩瀚的海洋中,但它可能會越來越混亂。這是因為與大質量相關的引力可能會把物質拉到看似有序的狀態中,而我們認為這種無序狀態的增加一定是隱藏在引力場中。所以即使我們看不到,無序也會增加。

什麼是時間,為什麼它會向前移動?

但鑑於自然傾向於更傾向於無序,為什麼宇宙一開始就處於這樣有序的狀態呢?這仍然被認為是一個謎。一些研究人員認為,大爆炸可能根本就不是開始,實際上可能是平行宇宙,“時間在不同的方向運行”。

時間會終結麼?

什麼是時間,為什麼它會向前移動?

時間有一個開始,但它是否會有結束取決於暗能量的性質,它導致它以加速擴張。這種膨脹的速度最終可能會撕裂宇宙,迫使它以大撕裂告終;或者暗能量可能會衰變,逆轉大爆炸,並在大收縮中結束宇宙;或者宇宙可能會永遠膨脹。


什麼是時間,為什麼它會向前移動?

但是這些未來的場景會不會結束呢?好吧,根據量子力學的奇怪規則,微小的隨機粒子可以瞬間從真空中跳出,在粒子物理實驗中經常看到。一些人認為暗能量會導致量子漲落,導致新的大爆炸,結束我們的時間線並開始新的。雖然這是極具推測性且極不可能的,但我們所知道的是,只有當我們理解暗能量時,我們才知道宇宙的命運。

什麼是時間,為什麼它會向前移動?

那麼最可能的結果是什麼?只有時間能告訴我們答案。


分享到:


相關文章: