关于时间的度量，以及时间方向的说明

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2017-11-17 09:22

导读：不文6500字，骨灰级科普文，阅读全文需要20分钟时间。

关于时间的度量和方向的说明

现在还有很多人，认为时间不存在，这个错误的认识开始于什么时候，我们无从追究了。因为时间一旦开始，过去就已经成为过去，这是它不能追究的原因。这句话的物理表述，要复杂的多，但我会尽力让大家明白，为什么时间是存在的？而且是必须存在的。

读过我物理科普书籍《变化》第三十五章的朋友，肯定知道，我已经就时间问题，表达过观点。写了题为《时间的本质说明》一文。

很多朋友回复我，写的还不够具体，明白，所以又补增这一章内容，来阐述我对时间的思考。希望可以解答你们的疑惑。

时间是客观存在的，这是一个事实。我写过题为“时间，空间，物质的一体性说明！”的文章。其实就是承认了时间客观存在。在“时间，空间，物质的一体性说明！”的文章结尾我写道：“在这里我们要把时间拿出来说了，而说到时间，就要把运动拿出来说了。但运动是物质的运动，时间和运动分不开，就意味着时间和物质分不开。离开时间谈物质，物质是没有变化的！”

所以认同时间存在的人，会说：“时间是事物连续变化的说明。”

时间，空间和物质是一体的，它们共同构成时空。时空是能量的时空，是运动的时空。从开始，时间就不能从运动变化中脱离出来，也就是时间不能从时空中单独脱离出来说明。

任何脱离时空，脱离运动的时间描述都是片面的。了解时间的本质，就要了解时空。这一方面理论，我们要感谢爱氏的相对论。

不存在的东西就证明它不存在，存在的东西就证明它存在，这是我们人类的责任。就像引力波，等了那么久，我们终于证实它是存在的。你不理解的东西，不一定不存在！ 时间就是这样的东西，虽然它很抽象，但还可以想象。

那么我们从正面如何证实时间是存在的，且时间是时空不可分的东西。

这里引用一个已知的事实，关于GPS时间与地球上时间的不同。

“这就是爱氏的想对时空理论，他不仅仅将物质和空间看做一体，把时间也纳入到这一体系中。GPS卫星以每小时14000千米的速度绕地球飞行。根据狭义相对论，当物体运动时，时间会变慢，运动速度越快，时间就越慢。因此在地球上看GPS卫星，它们携带的时钟要走得比较慢，用狭义相对论的公式可以计算出，每天慢大约7微秒。

GPS卫星位于距离地面大约2万千米的太空中。根据广义相对论，物质质量的存在会造成时空的弯曲，质量越大，距离越近，就弯曲得越厉害，时间则会越慢。受地球质量的影响，在地球表面的时空要比GPS卫星所在的时空更加弯曲，这样，从地球上看，GPS卫星上的时钟就要走得比较快，用广义相对论的公式可以计算出，每天快大约45微秒。

在同时考虑了狭义相对论和广义相对论后，GPS卫星时钟每天还要快上大约38微秒。”

如果我们赞同爱氏相对论是正确的，就要赞同运动对于时间的影响。由爱氏理论我们可以知道：时间流逝的速度取决于物体在宇宙中的位置以及运动速度。

对于时间的一般定义是这样的：物质存在的一种客观形式，由过去现在将来构成的连绵不断的系统；是物质的运动变化的持续性和连续性的表现。

这样的的定义并没有错，但对于专业研究物理和天文的人来说，还不够究竟，不够本质。

所以我把时间的定义修正为：时间是物质在引力场中的位置以及运动速度的应变度量过程；它是物质存在的客观形式。

进一步的阐述说明是，时间的这种“应变度量过程”就是物质的运动变化的持续性和连续性的表现。在这里要说明“应变”这个词，指的是主体时间受“引力场位置”和“运动速度”影响而做出的应变量。

这种应变是不以人的意志为转移的，它是客观的。

网上还有很多标题为“相对论证明时间不存在”的文章。拿出爱因斯坦的话：“现在、过去和将来之间的差别只是一种错觉。时间倒流或回到过去，其实是建立在一个不存在的逻辑基础上的。”

相对论本身就是时空理论，怎么可能没有时间在里面，所以这是无稽之谈的文章。至于如何理解爱氏所说的话：“现在、过去和将来之间的差别只是一种错觉。”

这是从意识层面来说的，爱氏的本意应该是要强调时间是没有方向的！所以现在，过去，未来才是人的创造，是为了描述生活而创造的。 也就是说时间一直向前的这个方向，其实是不存在。这个方向是人为赋予的。

从这点来说，时间是个标量的认定是对的。只有大小，没有方向。

可是为什么感觉时间是向前的？为什么时间是不会停止的？

时间不会停止的原因是时空，时空存在，时间就存在！别忘了时间是组成时空的一个维度！ 更别忘了能量守恒定律！这些都指明了时间是一个永恒的存在！

现在来说时间为什么总是向前的？“前”才是个经验性的字！哪里是前，哪里是后。都要有参考。你看着的方向是前，你后脑勺的方向是后，这是我们的经验。

上面的关于时间的定义，已经说明了，时间是一种的“应变度量过程。” 一个事件从开始到结束，成为过去时。这时我们说现在是新的开始。时间是前进的！ 这其实是经验性的。

一个人赛跑，刚跑完100米，他刚才跑完的100米，成为过去。可是他现在还在跑第二个项目，他的运动过程没有停止。直到他又开始第三项赛跑时候，我们说他前两个项目成为过去时。你会发现一件事情的开始和结束都是人为的。 但这种“人为”的时间观念是正确的，却不是真理的！真理上的时间的箭头是没有的。我们不能将一个个事件“应变度量过程”人为的区别它必须的方向！是没有未来这个方向的，但未来是存在的！

我不知道我这样来说，大家能否理解。再举一个例子，有一个电影叫《返老还童》，拍的非常不错。关于的时间的探索和疑问在电影中其实发挥到淋漓尽致了。

我们是从小到老，可电影中的主人公是从老到小。 那么我们说希望慢慢长大，就是期待未来。可是电影中的主人公期待慢慢变小，也是期待未来。所以从小到老是时间是一直向前？还是从老到小，时间是一直向前？

所以说一块石头不会有时间的前后感知，人会有！ 把人的思想从人的脑海中拿出去确实很困难，但只有这样，你才能客观认识时间是什么。

关于对时间的本质认识，我也非常赞同人们要“珍惜现在”，也鼓励珍惜当下的时间进程，因为你就在其中。

再来读一遍我对于时间的定义：时间是能量物质在引力场中的位置以及运动速度的应变度量过程；它是物质存在的客观形式。

两个关键词：位置，运动速度。

时空是弯曲的，时空也是引力的本源。能量的分布，物质的分布不均，使得引力场强弱有差异。时间在不同的引力场中是不同的。地球和月球上时间不同，地球和太阳上时间不同。甚至地球上不同位置时间也不同。

我住在一楼，你住在33楼，我们的时间不同。这不是荒谬，是事实。只是这种区别太过于微小，我们根本无法察觉。上面关于GPS的校准案例，其实就是答案！

所以你脑海中要有这样的一副图画，那就是时间是弯曲的！这种弯曲是由于时空弯曲，引力场不均导致的。形象的举例来说，时间的弯曲图画，就像一副丘陵高山的等高线图。如下图

所以这更加印证了时间是没有方向的。物体处于等高线不同的位置，时间流逝是不同的。

从这张图我们也可以得出其实时间与时间是没有明显的间隔点，没有明显的间隙！更没有明显的界限！

在这里还可以回答一个被多次提问的问题：时间有起点吗？

我的答案是没有起点。所以大爆炸理论是时间的起点一说不可靠。能量，时空只要存在，时间就存在。

再来分析第二个关键词：运动速度。

显然相对论效应，物体的运动越快，时间越慢，已经被证实。而且我说过光速就是一种束缚态。任何物体要达到光速所要克服这种束缚是不可能的。因为它要对抗整个时空！

这就是运动速度的极限为什么是光速，当物体达到近光速极限，时间越来越慢，也将达到时间这一维度的极限。而且大家别忘了，物体接近光速的时候它的质量也是增加的。这时候它周围的时间等高线图肯定是有变化的，所以时间是不同的！

而且运动的物体质量的增大，这种增大的质量是时空的赋予！还有一个相对论效应是尺缩效应，该效应指出高速运动的物体尺度变短。这种“尺缩”也是一种时空赋予。

也就是说质量增加，尺缩，都是时空使然。质量增大，尺缩都是观测效应，但它的本质是时空弯曲。就好像一根100米的长条，高速运动，它变短了，不是真的变短了。而且空间弯曲，使得测量的物体也“弯曲”，这时候观察到的长条自然短了。所以说尺缩是时空的赋予，质量增大也是时空的赋予。

读到这里大家应该明白了，为什么说要了解时间的本质，需要先了解时空。

很多科学家也不会把时间和惯性联系起来，但我会这么思考。引力的本源是时空，惯性的本源是引力。引力场又会对时间产生影响。同样引力场也会对惯性产生影响。也就说上面图中的时间等高线，也可以用来形容“惯性等高线。”

在我的书中，关于惯性的定义是这样的：在引力场中，物体保持原来运动的状态的性质叫惯性。

大家仔细和上面时间的定义一起来看看。你会发现其中的玄妙之处。

你也会发现修改现在的惯性定律是多么重要。惯性是保持原来运动状态的性质。而时间是度量运动的物体在引力场中的应变行为或过程。

这样的文字描述，无疑将时间，惯性，引力，引力场统一起来，他们之间的相互是和谐的，不是分斥的。

如果大家还够细心的话，会发现基础物理的量：质量，时间，惯性，引力场等都是标量，只有大小，没有方向！这是时空使然，这是有深意的。

如果你以为关于时间的推理到此结束，那么你又错了。我们还有更多关于时间的认识需要深入。

通过上面所有的论述，我们应该知道了时间是普遍存在的，但不是普遍一致的。这个观点很重要。

这个观点说明，我们要测得精准的“时间”是很困难的。时间没有界限的，也没有间隙的。而且测量者本身也会影响到“时间”的准确性。虽然这种影响很小。

所以说现在所规定的一秒是铯-133的原子基态的两个超精细能阶间跃迁对应辐射的9,192,631,770个周期的持续时间，不代表时间的准确性，反而说明了时间的相对性。

不过作为人类来说，不必困惑。因为就地球来说，太阳系来说，它的引力场是有一个强弱范围，不是忽高忽低。否则重力加速度就不会是大致相同了。所以我们所处的时间系统起码在引力场位置中来说，基本还是均匀的。

如果你认为写道这里，该结尾了，那就错了。关于时间论述，上面这些文字远远不够。

我要说明的是，有些朋友认为时间是有箭头的，主要是根据热力学第二定律而说的，就是关于熵的理论。

物理学家玻尔兹曼一生最重要的发现，就是熵的微观统计解释。因为当时（十九世纪末）的物理学界并不认为原子是真实存在的，所以玻尔兹曼的成果并不被物理学界广泛接受，他因此在思想上受了折磨，是自杀身亡的一位科学家。

从牛顿时代，科学家们就意识到，空间是均匀的，各向同性的，而物理学定律是时间可逆的。根据牛顿第二定律，F= ma，我们可以看出，假设我们把空间坐标做平移，或者旋转，公式的形式不变。如果我们把时间反号，也就是T到-T

公式的形式也不变。

但是在地球上，我们可以明显的区分上下。牛顿的洞察指出了我们可以区分上下的根本原因，那就是万有引力。

在地球的我们都知道，我们只能区分上下，但不能区分前后左右（前后左右都是人为规定的）。这是因为地球的引力总是朝下的，所以我问你，地球的引力总是朝下的，对吗？ 思考一分钟，再往下看。

答案是这是不对的。很简单，引力作用的方向为下的话，与之相反方向，就为上。北半球站一个人，南半球也站一个人，向头顶的方向为上。你会发现，同样是“上”，方向却不一致。所以上文中说地球上的我们可以辨别“上下”，也是人为的。

同样， 我们也不能区分时间的过去和未来，再返回去，看看我对于时间的定义，你就清楚了。

那是什么给了时间一个特殊的箭头呢？科学家的答案就是熵，熵只能增加不能减少，于是熵就给了时间一个箭头。 这样表述，你认为对吗？ 我们接着来看我找到这一篇文章。

物理学很大程度上是相信还原论的，也就是宏观的物理学现象要受到微观物理学定律的支配。我们知道支配微观物理学定律的公式，例如薛定谔方程，狄拉克方程，克莱因-戈尔登方程，乃至描述单个分子运动的牛顿定律，都是时间可逆的。支配电磁学的麦克斯韦方程组也是时间可逆的。既然是这样，那么为什么受这些公式支配的宏观物理学定律会有时间的不可逆性？设想一下我们有一个容器，如图所示。

如果我们只有两个分子，它们可以自由移动，然后我们拍摄一部电影，用来记述这两个分子的运动。当我们播放这部电影的时候，我们无论是正着放还是倒着放，这部电影里面的运动都遵循物理学定律。这两个分子可以时而都在左边，也可以时而都在右边，这都不违背任何物理学定律。但是如果我们有个10^23个分子，这些分子一开始都在容器的左边，然后让这些分子自由运动，经过足够长的时间，我们几乎可以肯定，这些分子会有几乎一半分布在容器的左边，而另外的几乎一半会分布在容器的右边。

同样，我们拍摄一部电影，记录这些分子的扩散转移过程。如果我们正着放这部电影，我们可以看到，分子从左边的容器慢慢地扩散到整个容器，这是符合物理学定律的。如果我们倒着放这部电影，我们会看到，一开始弥漫在整个容器的分子，自发地聚集到了左边的容器，也就是系统的熵自发地减小了，这违背了热力学第二定律。于是我们说，根据这个，可以区分时间的方向，那就是熵。

问题是，既然两个分子的时候我们没法区分时间的方向，为什么在有10^23个分子的时候，我们就可以区分时间的方向了呢？这就是玻尔兹曼的洞察了。玻尔兹曼说，第二种情况不是完全不可能发生，而是几乎上不会发生。事实上，动力系统里面有个精确成立的定理，这个定理说，一个动力系统，经过足够长但是有限长的时间，一定会回到跟初始状态非常接近的一个状态。现在这10^23个分子的运动就是一个动力系统，根据庞加莱回归定理，经过足够长的时间，这些分子一定会重新聚到左边的容器。但是这个回归时间是宇宙年龄的好多倍。这也就意味着，尽管微观的物理学定律允许这些分子重新回到初始状态，但是这种回归几乎上不会发生。

玻尔兹曼给出了统计熵和热力学熵的公式，

于是一个系统的状态数越多，系统的熵就越大。而很明显，所有分子弥漫在整个容器时的系统状态数远大于所有的分子都被局限在容器左边的状态数。而且分子数越多，这个状态数的差距就越大。热力学第二定律规定，系统的熵不可以自发地减小。

因此，通过研究系统的熵，我们就可以赋予时间一个箭头。也就是，根据热力学第二定律，我们就可以判断出一部影片是正放还是倒放。尽管根据玻尔兹曼和庞加莱，热力学第二定律只是在概率上成立，但是如果系统足够大，那么我们可以肯定，热力学第二定律几乎上是一定成立的。

另外需要说的是：即使世界是运动的，但是如果我们无法区分时间的方向，那么这时的时间顶多算是一个参数，而不是我们通常意义上的时间。因为我们观测到的时间都是有方向的。正是这个方向性才赋予了时间以真实的意义。

OK，以上内容，就是这篇文章的主题思想，和结论。你赞同吗？事实上，这个观点被很多认同时间存在的科学家和科普工作者享用，我认为这是个问题，所以我有必要给你们分析一下。

首先文章中提到牛顿时空观，牛顿时空观是绝对时空观。而爱氏的时空观是相对的。那么关于时间的问题，你看好牛顿时空观，还是爱氏时空观？ 答案是显而易见的，一定是爱氏的时空观。所以文章中出现的关于牛顿理论的描述，可以删除。这是第一点。

然后再来说熵增。熵是描述一个系统的混乱程度，也可以说能量的混乱程度。这是一种概率统计理论。确实如文章所言，如果一个系统足够大，那么理论上熵增是必须的。可是熵增是时间方向吗？ 这是我们要讨论的。

我认为不是的。

1、时间是描述物体运动连续性的变化，是一种度量。熵是描述系统的状态。本质上，熵理论是一种概率论，当系统大到一定程度，这种概率是百分百。就像上文所描述的。但从本质上来说，时间不是概率论。从宏观角度讲，宇宙系统熵增会影响时间的度量，因为熵增是能量的变化。而能量的变化自然引起引力场的变化。看看上面的时间的定义，自然就知道了，这会影响时间的度量。所以熵增理论，会影响时间，但不是时间的方向。

2、熵增是一种系统态，根据绝对零度不为零的定律，我们知道它是一直持续的一个状态。这说明了宇宙的开放性。因为一个封闭的系统，必然达到熵状态。这是可以佐证时间无限的的条件。但时间无限，不是说时间很长很长，其实重点应该理解为时间时刻存在！当然理解为很长很长，和时间时刻存在在生活意义上是相同的。

3、过去回不去的原因，是熵增覆盖过去的时空信息。今年去一个景点，明年这个景点依然在，可是你去了，这个景点的信息和去年一定是不一样的。作为一种度量，时间是敏感的。

可能讲到这里，很多朋友依然迷糊。我再这样通俗说一点。熵增原理可以看作是宇宙运动的方向，而时间是物体变化的度量。所以熵增不是时间的方向。而且如果时间，有方向，那么现在的关于时间是标量的国际认定，就要修改。各位，好好想想，是不是这个道理。

各位，时间是存在的，时间是无限的，时间是没有方向的。时间是无限的，我们的生命确实有限的。这不是我们的悲哀，是我们的机会。

摘自独立学者灵遁者物理宇宙科普书籍《变化》返回搜狐，查看更多