時間究竟是真實的還是人類的幻想?

現在幾點了?

你問不同的人,會得到不同的答案。你身邊的同事拿起手機瞧一眼,告訴你:“現在是晚上九點四十五分”,另一位抬手看了看他去年買的手錶說:“不,是九點四十三分”;你遠在悉尼的朋友睡眼惺忪地拿起床頭的鬧鐘抱怨:“上帝!現在是凌晨一點三刻呀!”;而身處巴黎的客戶給你回電話:“朋友,我剛剛吃過午飯,這會兒是下午兩點四十五分”。

時間究竟是真實的還是人類的幻想?

現在幾點了?

如果你打電話問國際空間站上的宇航員,他會告訴你現在是下午一點四十五分。儘管國際空間站每24小時要經歷16次日出和日落,但這裡採用的是世界標準時間(UTC)。宇航員們通常“每天”6:00起床,8:10左右開始工作,19:30開始睡前活動(包括晚餐和乘員會議),21:30睡覺,他們需要在不停的黑白顛倒中工作10小時。

時間究竟是真實的還是人類的幻想?

國際空間站上的宇航員正在聚餐

他們誰的時間是對的?都對。唯一不同的是,你的同事經常需要手動調節他手錶的指針,而國際空間站上的時鐘是自動校準的。

你可能會問,國際空間站上用的不是最先進的原子鐘嗎?為什麼它還要校準?

這是個好問題!

天上的時間與地面的時鐘總是會出現誤差

科學家發現,如果不對空間站上的高精密原子鐘進行校準,它每天會比地面上的時鐘慢38微秒!對於衛星來說這是一個巨大的誤差,在38微秒的時間裡它可以飛行好幾千米,用於地面的座標定位就毫無精度可言了。

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精確計時對於GPS衛星極為重要

如何讓GPS衛星上的時鐘精準地與地面保持同步,這是科學家們比較頭疼的問題,卻是愛因斯坦樂於見到的。因為根據愛因斯坦的相對論,時間是相對的,它會隨速度增加而發生膨脹,一個對象相對於另一個對象移動得越快,它經歷的時間就越慢,如果以光速前進,時間會停止;同時根據廣義相對論,時間還會被重力扭曲,靠近地球等引力質量中心(地心)的時鐘的滴答聲比遠離地球的時鐘長。儘管這很難讓人理解,但衛星上的原子鐘已經反覆證明了愛因斯坦是對的。

GPS衛星環繞地球飛行的速度近14000千米/小時,如此快的速度每天將其時鐘減少7微秒(相對於地球上的時鐘);科學家將衛星的軌道抬高到距離地面20100千米,這樣一來衛星每天的時鐘增加45微秒。兩種相對論現象的最終結果是38微秒。

時間究竟是真實的還是人類的幻想?

藍色圈為GPS衛星軌道參數

也就是說,讓GPS衛星在距離地面2萬公里的高空以1.4萬公里/小時的速度繞地球飛行,星上搭載的時鐘時間就能與地面保持同步。

愛因斯坦的時間令人感覺錯亂

我們到底應該相信哪一個時間,或者說誰的時間才是準確的?這確實是一個燒腦的問題。按照愛因斯坦相對論的本質,沒有絕對的空間也沒有絕對的時間,一切都是相對的。

時間也是相對的,它與參照系的運動速度有關,速度越快,時間過得越慢;時間也會被重力扭曲,重力越強,時間越快。當我們跳出來,站到遠處去評判它,我們看到的時間卻又是正常的。

時間究竟是真實的還是人類的幻想?

時間會被速度和重力扭曲

讓我們來做一個思想實驗:當你乘坐一艘光速飛行的飛船從遙遠的比鄰星向地球飛來,我在地球上為你計時,知道你將在4年2個月後到達(不考慮加速與減速),因為比鄰星(半人馬座α,也就是傳說中的“三體”星座)距離地球大約為4.22光年。在這4年多的時間裡,我做了很多的事情,同樣我也看到你做了很多事情。但是,按照愛因斯坦的相對論,你飛船上的時間是停止的,既然時間停止(請注意不只是時鐘停止)一切都將停止,你不可能在“沒有時間”的時間裡完成很多工作。你在飛船上沒有變老,但我在地球上看你確實是長大了4歲,這是不是一個悖論?

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飛行的宇航員

如果我們在光速飛行的飛船中放一個由發條驅動的、古老的機械鬧鐘,它到底是走還是不走?宇航員在漫長的旅途中到底要不要吃飯上廁所?他的頭髮會長長嗎?會變老嗎?100年後他會不會死?如果時間停止,這一切都不會發生,而我在地球上看他,鬧鐘照走,人到該死的時候還是會死的。

時間究竟是真實的還是人類的幻想?

一個由發條驅動的小鬧鐘

事實上我們不需要去造一艘光速飛船來驗證時間。我們本身就處於高速運動之中:地球自轉的赤道線速度是465米/秒,地球繞太陽公轉的速度是29.8千米/秒,太陽系繞銀河系運行的速度大約是250千米/秒,儘管這與光速相比差得遠,但如果你站在仙女座星系為地球掐秒錶,還能說地球上的時鐘是準確的嗎?

時間究竟是真實的還是人類的幻想?

相對論時間

關於時間的哲學

相對論已經接受了實踐的檢驗,物理學家們承認愛因斯坦是對的。但時空的扭曲又常常令我們產生疑惑:為什麼身處同一個世界,你有你的時間我有我的時間並且我們之間的時間有可能不相同?時間究竟是什麼?宇宙有一個統一的時間標準嗎?

許多人都希望回到過去,其目的不外乎是偷窺彩票的中獎號碼後回去照號買馬,把獎池掏空,從此過上幸福的生活。或者,你做了錯的事情,希望倒回頭尋找後悔藥。沒錯,我們可以記憶時間,根據生物鐘來做一些事,同時我們還會計劃和幻想未來。

但孔子站在河邊說:“逝者如斯夫!”

時光如箭,過去了的事情是不可能再回頭的。時間是單向的,由過去,到現在,至未來。

我們能回到過去嗎?有人說,根據廣義相對論,旋轉的黑洞會扭曲時空,形成通往先前時刻的路徑。你可以遵循這些所謂的類似時間的曲線回到過去,這就是所謂的“蟲洞”。而所有理智的人都會知道,進入黑洞並不能回到過去,因為在你接近它的時候就已經被扯成長長的麵條狀,死了。

時間究竟是真實的還是人類的幻想?

接近黑洞意味著死亡

我們能讓時間停止嗎?即便是我們造出了光速飛船,將飛船上的時鐘停止,但外部世界來看飛船的時間依然在流逝。一個簡單的例子,我們仰望星空,看到星光攜帶著500光年外恆星的信息,信息本身沒有變,但光卻實實在在地走過了500年。

對於時間的總結:

時間是什麼?時間是宇宙萬物變化的過程,儘管從物理學的角度認為每個物體都擁有自己的相對時間,但對於速個宇宙來說,變化的進程沒有改變,時間不會隨個體的變化而發生改變。

當我們詢問時間時,我們希望得到的是相對時間,即便是在同一時刻,位於深圳的人與位於倫敦的人,他們得到的答案是不相同的。

時間是單向的,我們可以回憶過去但無法回到過去。科幻電影裡通過回到過去殺死父親來阻止孩子誕生的故事,在現實中不可能發生,你也不能設想通過黑洞蟲洞或別的什麼洞回到從前,這些洞要麼會害死你,要麼把你卡住。

時間究竟是真實的還是人類的幻想?

黑洞不會讓你回到過去

最後,請珍惜時間,它不斷流逝,失去了就不會再來。


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