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解读时间的本质:时间到底是什么?它是真实的还是虚幻的?
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2023.04.29 上海

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长期以来,人们一度认为时间是绝对的,每个人对时间的感受都是一样的。与空间一样,时间的存在与物质无关,人们甚至不认为时间是一种物质。

简单讲,人们总是认为时间什么都不是,但又承认时间确实存在,这种否定时间具有物质性的思想其实是矛盾的。

到了近代,人们对时间的认知有了重大变化,比如说牛顿认为时间是实在的,时间和空间一样,也是一种物质。同时,牛顿利用加速度的概念,第一次表明所谓的加速度只是相对于空间和时间而言的。

不过,由于几千年来的惯性思维,要让人们把时间和空间看做实在的物质,确实要求很高。毕竟在人们看来,时间和空间都太虚幻了,看不见摸不着,怎么可能是物质呢?

很多人甚至认为时间只是一种虚幻概念,一种错觉,其实并不存在。人们感受到的时间也只是太阳的东升西落而已,只有在地球上才能感受到时间的变化,如果在茫茫宇宙,就不会有黑夜白天的区别,也就感受不到时间的变化,时间就不存在了。

实际上,这种观点认为时间是主观的感受,并不是客观存在的。

随着人类科学一直向前发展,热力学第二定律的发现首次给了时间一个相对明确的定义。

热力学第二定律,简单来讲就是“自然界中任何过程都不可能自动复原”,其实也可以表现为“熵增原理”,在一个孤立系统里,熵不会自发减少,而且这个过程是不可逆的。

所谓的“熵”,就是衡量物体混乱程度的物理量,熵越大代表越混乱。熵增原理表明,宇宙总是无情地表现为熵增,也就是从有序走向无序。这个不可逆的过程表现出来的就是时间箭头,它只有一个方向,永远向前。

人类首次给了时间一个客观的描述。

而爱因斯坦的横空出世彻底颠覆了人们对时间的传统认知,带给了我们一种全新的时空观,完全颠覆我们日常生活经验的时空观。

爱因斯坦认为时间和空间是有机的整体,两者不可分割,统称为“时空”。时间和空间都是相对的,任何物体的运动都会对周围的时空结构造成影响。言外之意,每个人对时间和空间的感受都是不一样的。

爱因斯坦第一次把时间和空间与物质和运动紧密地联系在了一起。而闵可夫斯基直接把时间看做一个维度,认为时间是特殊的空间,与三维空间一起组成四维时空,我们每个人都生活在四维时空里。

爱因斯坦接纳了闵可夫斯基的时空观,并在此基础上提出了著名的广义相对论,认为时空结构是相对的,是具有弹性的,物质的运动会影响时空。

同时,相对论告诉我们,时间和空间必须与物质联系在一起,空无一物的空间是不可能存在的。其实这也说明了一点,时间和空间其实也是一种物质。

时间,空间,物质以及运动在宇宙中一直上演着,而世界永不停息的运动变化其实就是时间。也就是说,时间的本质就是运动,而宇宙万事万物一直在不停地运动。

既然如此,物体的运动也自然会影响到时间,这也是狭义相对论中“钟慢效应”的根本原因。

钟慢效应,其实只是观察者效应,在不同的运动体系下感受到的时间快慢变化,是因为参照系的不同选择才有了钟慢效应,而观察者自己的时间空间并没有变化,也就是“固有时”。

只要相对静止于任何参照系,任何人的固有时都是一样的。不过这个固有时对于不同参照系的观察者来讲,是不同的,表现出来的就是时间膨胀。

说到这里,就不得不提到双生子佯谬,相信大家都听说过。

一对双胞胎,弟弟在地球上,哥哥乘坐飞船以亚光速离开地球,一段时间后再返回地球,哥哥会发现他“穿越”到了弟弟的未来,因为他发现弟弟变老了,变得比自己更老。也就是说,哥哥的时间变慢了。

为什么哥哥的时间会变慢?有几种解释方法,狭义相对论和广义相对论都可以解释。不过是“世界线”解释更为简单直接。世界线,就是闵可夫斯基四维时空中的间隔。注意,这里是“四维时空”,而不是“三维空间”,两者区别很大。

对于同一事件,在任何参照系下观察到的世界线都是一样的,所以我们只需要在一个参照系下讨论就行了。

下面就看看在弟弟的参照系下,也就是地球为参照系,两人的世界线是这样的。

你可能会说:怎么哥哥的世界线比弟弟的世界线还长呢?刚才我强调了,世界线是四维时空的间隔,并非三维空间。你认为曲线更长,那是在欧式几何里更长。而在闵氏几何里,哥哥的曲线世界线恰恰比弟弟的直线世界线更短!所以哥哥的时间更慢,也更年轻。

最终总结一下,时间是客观存在的,时间表现为运动变化,时间与我们平常看到的物体大小,颜色,形状,软硬等概念是一样的,虽然我们看不到,但实实在在存在,时间和空间一样,也属于物质范畴!

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