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时间究竟是什么?

科普小知识2022-10-29 23:01:56
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有些人认为时间就像橡皮筋,而另一些人认为它是间歇性的。如果时间曾经开始,它将回到160亿年前。让我们来看看时间是什么,以及这种不规则的时间度量是如何工作的。

对于住在一楼的人来说,时间比住在顶楼的人慢,尽管这不足以让里面的人活得更久。如果你想让一个人更年轻,你只需要乘坐一架普通的飞机进行一次环球旅行。这是两个不可思议的结果,时间效应对所有人都是一样的:时间可以延长或缩短,取决于空间、重力和速度。这篇文章将引导读者去探索看似接近但神秘的时间维度。

1.几点了?

一千多年来,人们一直在寻找这个问题的答案。例如,在古希腊,时间的定义比数学家更困扰哲学家。在伽利略的伟大发现之后,牛顿最终将时间定义为一个数学量。然而,这位伟大的英国科学家认为,时间是一个被神秘气息覆盖的物体,因为时间独立于任何物体,绝对高于一切。时间如此接近圣人,以至于上帝被比作一个钟。

爱因斯坦认为时间在本质上不像一只“*的狗”,而是一种真正的度量。即使在今天,我们仍然不能给时间下定义,就像给任何真实的东西下定义一样。我们可以测量时间,但我们不知道时间是什么,我们还把“时间”挂在墙上或手腕上。根据爱因斯坦的相对论,我们知道时间可以延长或缩短。这就是为什么物理学家简单地用时间作为一系列既定事件,并用时间来标记它们。例如,一个人的生日或食物的保质期。

2.时间像河流一样流动,还是有间歇的更替?

不幸的是,没有任何理论或实验能够证明时间是以连续的方式流动的,还是像电影中的每一个画面一样,给人一种连续的印象,即有间歇性的替换。对时间连续性或不连续性的研究还涉及另一个问题,即时间是否有开始。这个问题仍然没有明确的答案。因为著名的大爆炸理论认为时间和空间有一个开端;然而,其他一些科学家指出,“时间”的尺度不是瞬间开始的,这是不必要的。这使得事情变得复杂。因为根据量子力学原理,小于所谓普朗克时间的时间间隔是无法检测的。普朗克的时间单位是秒。因此,不可能在很短的时间内计算出宇宙的新状态。简而言之,根据目前的理论,关于宇宙的第一声呐喊将永远是一个未知的数字。

现在让我们回到时间的“连续性”。奇怪的是,它可以连续或不连续地流动,但最小和可计算的时间间隔与普朗克时间相同。简而言之,时间是一条连续的带子,物理学家把它视为一条连锁的、不连续的项链。

几年前,科学家大卫·芬克尔斯坦提出了一个理论,但在科学界没有得到多少支持。这位物理学家假设时间原子的存在。这些时间原子可能会显示出它们的不连续性。

时间对所有人来说都是一样的吗?

爱因斯坦的理论表明答案是否定的。事实上,像空间一样,时间也是相对的。相对是什么意思?也就是说,为了完整而不是含糊地描述一个事件,应该将该事件放在一个参照系中。例如,如果我在路的尽头和某人约会,“终点”可能只是另一个人的开始。如果我加上“在路尽头后面的广场”,那么这个“约会事件”是准确的。随着时间的推移,事情也是如此。如果我说10年过去了,那么我必须指出哪个参照基准已经过去了10年。显然,在日常生活中没有必要拘泥于细节。但是谁知道将来我们是否会组织星际旅行或者与外星人交流呢?到那时,时间间隔将不再那么简单,时间的相对性将被感受到。

一个著名的例子可以解释这一切。阿尔法和贝塔是30岁的双胞胎兄弟,都是宇航员。2000年,贝塔开始乘坐宇宙飞船以每秒240,000公里的速度前往距离地球8光年的星球。按照这个速度,测试版将需要10年的时间来来回回。事实是,为了达到期望的平均速度,贝塔需要在到达目的地时加速和减速。因为它们的参考系统不再相同,我们可以通过改变运动方向来分离α和β的时间。当贝塔在2020年返回地球时,他将看到阿尔法庆祝他的50岁生日(20岁),仅仅是在他42岁的12年后。这不是智力测试。时间的膨胀和收缩是用真实的仪表来测量的。1971年,华盛顿大学的哈菲勒和美国海军天文台的理查德·基廷两位物理学家环游世界,测量了飞机上的四个原子钟。飞机的速度无法与光速相比。然而,科学家们证实了时间的灵活性:在旅行结束时,飞机上的时钟比地面上的时钟晚59纳秒。此外,身高也会影响时间的流逝。爱因斯坦的理论表明,由于重力,时间离地面越近,流逝得越慢。事实上,在地下室,时间过得比在大楼顶层慢。有人计算过,如果一个人一生中住在一层,他可以多活一微秒。当然,这对长寿来说太微不足道了。

如果时间是一个尺度,为什么我们不能像在太空中一样前进和后退?

在未来和过去旅行是一种科学幻想。正如奥地利数学家库尔特·哥德尔在1949年所证实的那样,旅行在过去并没有被物理定律所禁止,但是条件非常特殊:宇宙必须能够旋转(这在现实中是不可能的),时间的追求者必须以大于光速71%的速度运动。简而言之,菜单是有的,但是没有配料。正如物理学家斯蒂芬·霍金所认为的,这可能是大自然保护自己的一种方式,而阻止时间旅行将会避免可能的悖论,比如遇见自己或改变历史。

5.黑洞真的是时间机器吗?

黑洞提供的可能性之一是在穿过时间隧道后落入黑洞,并在过去重现。什么是隧道?有各种各样的假设,从反重力到绘制世界地图,到宇宙的更替。尽管有许多假设,但没有一个是可行的。试想一下黑洞的强大引力:时间就像一条橡皮筋,最终会被拉长,在这种情况下,活着出去是没有希望的。时间是一个永恒的话题,人们仍在探索和尝试其他方法。