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时间是什么?时间如何在宇宙运作?
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2022.05.10 河南省

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宇宙中的一切都在发生变化,时间是少数拥有规律,而且难以改变的事物之一。

时间具有稳定向前发展的特性,因此时间可以帮助我们探索过去、体验现在、预测未来,时间的本质非常复杂,但是时间的作用非常简单。

在17世纪,牛顿提出“时间不变,光速可变”的假设,因为每天都有24小时,每一秒钟的时长都没有任何差异;但是在1905年,爱因斯坦的相对论,提出“时间可变,光速不变”的理论,该理论在1971年,通过铯原子钟的实验得到证实。

时间的基础,就是一秒,目前我们使用的一秒,是铯原子内跃迁周期的9192631770倍,爱因斯坦将时间定义为宇宙维度的一种,并且时间在宇宙中的运作,只能向前发展,不能出现时光倒流。

什么是时间?

时间是宇宙的一种客观规律,由于地球生命的寿命有限,因此人类定义了时间。

我们在生活中感受到的事物变化,让我们对时间有一个直观的感受,从而形成了时间的概念。

最初的一秒钟,是通过地球自转周期进行定义,但是地球的自转周期一直在发生变化,大约每10000年增加30秒,因此科学家开始通过原子内的能量跃迁周期,来定义一秒钟,精准的原子钟,可以在4亿年时间里,将误差控制在1秒内。

从物理学的角度来看,时间并非是我们定义的一秒钟、一分钟、一小时,而是宇宙的第四维度。

爱因斯坦将宇宙定义为三维空间加一维时间的四维时空,因此时间和空间是密不可分的一部分。时间决定了物体的空间状态,随着时间的流动,宇宙万物开始运转,当时间停止,宇宙的一切都会同时停止。

时间对应着我们当前的状态和位置,如果科学家可以找到时间和空间的公式,或许就可以预测未来,但是量子力学暗示未来存在概率性,因此宇宙可能存在无数个平行宇宙,时间对应着平行宇宙的不同状态,预测未来也会变得没有意义。

时间的运转,为何只能向前?

牛顿和爱因斯坦虽然在光速上存在偏见,但是两位学者都认为时间只能向前发展,不能出现时间倒流,也不能出现时间的跳跃。

通过爱因斯坦的公式,我们可以得到速度越快,相对时间越慢的结论,如果到达光速,相对时间的流逝就会趋于静止,但是爱因斯坦也提出了光速不可超越的结论——随着速度的增加,质能守恒会让物体质量呈现指数上升,如果到达光速,物体质量会变为无穷大。

很多人认为,如果超越光速,时间或许就会出现倒流,这一结论没有任何的物理依据。爱因斯坦的公式中,如果速度大于光速,公式就会突破极限,得到一个毫无意义的结果,并没有暗示时光倒流的出现。

因此爱因斯坦认为光速无法超越,并且时间只能向前。人类想要超越光速,只能通过空间搭建类似“虫洞”的空间捷径,而无法通过速度的提高去超越光速。

时间只能向前运转,科学家对此有两种解释:

  1. 热力学第二定律:
  2. 根据热力学第二定律,宇宙的一切事物都趋于熵增,也就是从有序到无序逐渐发展。事物发展的规律,就是无序度和随机性的增加,这一现象也被称之为“时间之箭”,从而让时间只能向前。如果宇宙出现大规模的熵减,就有可能是时间出现了倒流。
  3. 宇宙膨胀理论:
  4. 由于宇宙在不断膨胀,部分科学家认为宇宙膨胀的同时,会拉扯时间,从而让时间只能向前。
  5. 除非宇宙从膨胀转为收缩,否则时间就只能向前。

总结:

时间是寿命有限的人类,创造出的一个概念,对于宇宙来说,时间只是一个独特的物理维度。

我们能够感受到时间的流逝,才能学会珍惜时间,珍惜身边的一切;我们知道时间无法倒流,才会谨慎进行每一个选择。在了解宇宙规律的同时,我们也可以清楚认识到时间的珍贵!

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