初中生系列 时间的内容是？

图片

图片

破晓时期，朝阳照进了陈腐的洞穴，叫醒了咱们的先人。在苏醒之后，他产生了一种似曾相识的嗅觉。也许，在那空匮的时刻，那种新奇的意志让他顿悟到了天然界固有的周期性——太阳又再次起飞了。从数千年前的那一天起，东说念主类开启了对时间遥远的追求。

在2023年的今天，要是想要知说念时间，咱们只需检察一下智高手机上的时间，手机与荟萃同步，荟萃又与一个原子钟同步。最终，咱们所读取的时间是极其精准的。事实上，要是用现存的最佳的原子钟从天地诞生之初就运转计时到当今，最终的计时谬误也不外半秒。

可是，即便如斯，咱们仍需谦善地承认，咱们并不知说念咱们所忖度的时间是天然的物理定律所固有的实体，如故东说念主类创造的杜撰之物。

  时间流动的形而上学想考  

咱们对时间流动的领路，始于对天然界中可不雅测周期间的互相关系的领路。在东说念主类的历史进度中，想想家、形而上学家和科学家依据咱们的所看与所测提议了相关时间的表面。

伦理片a在线线2828

一万多年前，最早的一批农民利用星座的周期性来瞻望季节，安排朔月之夜进行夜间使命。到了约公元前1500年，对天然周期的更精深追求，引发了东说念主们建造出日晷和水钟等仪器。当代时钟多量具有的圆形表盘就承自日晷。

图片

太阳暗影在水平面上的投影是呈周期性变化的，可在日晷上用来计时。（图/新道理研究所）

生活在公元前4世纪的柏拉图以为，咱们是一个搅拌时间的普遍机器的一部分，当行星的结构归附到当先情景时，一切齐会重新运转。这种时间轮回的不雅点于今仍有它的奴婢者。一些当代天地学家也以为，天地有一个“轮回的运说念”，它会资历反复的延迟和收缩周期，而目下咱们正处于加快延迟的阶段。

图片

“天地的终极运说念”所呈现的几个模子之一：延迟与收缩盛极必衰，直到恒久。（图/新道理研究所）

可是，柏拉图的学生亚里士多德对时间却有不同的看法。他把时间视作为一种通晓属性，是对变化的一种度量。对他而言，时间不是孤苦存在的。他把时间称为“一语气通晓的计数”或“比较于之前与之后的变化次数”。他以为，由于时间内容上是对变化的度量，因此它需要一个能够对通晓进行“编号”的材干存在。

与此同期，他还质疑时间的真实性：要是时间是由两种被“虚无”（一会儿隐藏确当下，即“当今”）分开的不存在（昔日和改日，即“不再”与“尚未”）组成的，那么咱们何如能说时间确凿存在呢？

其实，自公元前6世纪起，时间是一种幻觉这种办法就成了释教形而上学中的一个共同主题。在当代科学期间，自从约翰·惠勒（John Wheeler）和布莱斯·德维特（Bryce  DeWitt）在1967年提议惠勒-德维特方程以来，一些物理学家运转信赖时间可能并非天然的基本征象，而是一种表露征象。因此，那些将咱们引颈到今天这一步的科学想想，是值得被追忆与探究的。  测量时间的流动  咱们通常将当代科学的第一次枢纽飞跃归功于意大利物理学家和数学家伽利略·伽利莱（Galileo Galilei）。伽利略在比萨大教堂中不雅察青铜吊灯的舞动，并将它的周期性通晓与我方脉搏的法例高出作比较，从而开启了他对时间的研究。伽利略意志到，吊灯完成一次扭捏所出现的脉搏搏动次数，并莫得随吊灯通晓的收缩而减少，而是险些保抓不变。这是一项相等紧要的发现，时间流动的科学从那刻运转发生变化。17世纪末，荷兰发明家克里斯蒂安·惠更斯（Christiaan Huygens）驾驭伽利略的发现，发明了摆钟。跟着时间的推移，时钟的精准程度运转允许分针出当今钟面之上。在一段漫长的岁月里（直到1927年），摆钟一直是最精准的时间测量器。但摆钟无法用于摇晃的船只船面上，因此咱们又发展出了帆海用的计时器。这些便携、精准的计时器加快了大帆海期间和殖民期间。  时间的同期性与相对性  约莫就在当时，牛顿不雅察到了苹果的下跌。他在《天然形而上学的数学道理》开篇的珍重写下了他对时间的不雅点：全齐的、真实的和数学的时间，就其自身偏执内容而言，是恒久均匀流动的，它不依赖于任何外界事物，因此也就不触实时间（如小时、日、月、年）的任何变化或测量法子。他以为全齐时间是可测量却无法察觉的，只可通过数学才可确凿领路。一维的全齐时间和天地的三维几何是客不雅现实的孤苦而分离的两个方面，在全齐时间的任何极少上，天地中的悉数事件齐是同期发生的。到了20世纪初，爱因斯坦在狭义相对论中将同期性的办法从牛顿学说的基础上推翻。根据相对论，同期性并非事件之间的全齐关系；在一个参照系中同期存在的东西，在另一个参照系中有时同期存在。按照爱因斯坦的说法，天地中不存在一个单独的计时员；事件发生的精准时间取决于一个东说念主相关于所不雅测事物的精准位置。为了领路同期性的相对性，咱们不错想考这么一个例子：设想有一辆高速行驶的火车经过一个站台，一位不雅察者坐在火车车厢之中，另一位不雅察者站在站台上。就在两个不雅察者擦肩而落后，一说念闪光从车厢的正中央发出。关于火车上的不雅察者来说，火车的前后与光源的距离是固定的，因此对他来说色泽会同期到达车头和车尾。另一方面，关于站在站台上的不雅察者而言，车尾正朝着闪光发出的点出动（艰苦奋斗），而车头则朝着隔离光源的标的出动。由于光速是一个有限值，而且关于悉数的不雅察者来说，它在各个方进取齐是一样的，是以朝向列车后部的光所要隐秘的距离要比朝向列车前列的光更短。因此，闪光会在不同的时间击中火车车厢的两头。这么一来，对火车车厢内的不雅察者来说，同期发生的闪光对车外的不雅察者来说并不是同期发生的。

图片

列车-站台实验：（左）列车上的不雅测者的参考系；（右）站台上的不雅测者的参考系。（图/新道理研究所）

关于以不同速率通晓的不雅察者来说，不雅测到的这种时间各别被称为时间延迟。天然这听起来有悖直观，但通过对飞机和卫星上的原子钟进行地精准测量，时间延迟已在实验中得到了考证。这个表面，不管在办法如故推论上，齐允许穿越到改日的时间旅行。要是你“走”的填塞快，就能以“每小时超过1小时”的速率穿越到改日。若咱们想要昭着地不雅察到这种时间旅行，就必须以相等快的速率（接近光速）通晓。天地射线中的μ子是一种相等不厚实的亚原子粒子，平均寿命为2.2微秒。它们产生于高层大气中，计较标明它们在衰变之前只可够飘零660米，但时间延迟的效应使得天地射线中的μ介子能飞越100多千米后抵达地球名义。在地球的参照系中，μ子因高速通晓而得到了更长的半衰期。因此，约莫每秒钟就有一个μ子会穿过咱们的手掌。  时间与空间 1907年，爱因斯坦也曾的憨厚赫尔曼·闵可夫斯基（Hermann Minkowski）将时间和空间连接成一个名为时空的四维一语气体。时空就好比是天地中的粒子相关于其他粒子通晓的舞台。当粒子处于换取的时空位置时，它们不错互相作用。可是，这个版块的时空是不好意思满的，因为它莫得囊括引力，直到1916年，爱因斯坦提议了广义相对论。时空的结构是一语气的、光滑的，当有物资和能量存在时，时空会发生周折和变形。广义相对论告诉咱们，咱们所体验到的引力，本质上是时空的周折。引力是天地的曲率，它是由大质料物体和其他神色的能量引起的，这些能量决定了物体通晓的旅途。曲率是动态的，跟着这些物体的通晓而通晓。用物理学家惠勒的话回来来说就是：时空告诉质料怎样通晓，质料告诉时空怎样周折。

图片

重物周折了四维的时空结构。（图/新道理研究所）

广义相对论还解释了，关于身在一个引力场除外的不雅察者而言，一个物体的时间流动是怎样因这个引力场而减缓的。在日常生活中，为咱们导航的GPS卫星既要应用狭义相对论，也要应用广义相对论，这么材干使卫星上的时钟与地球上的时钟同步。卫星会向GPS领受器辐照时间信号，GPS领受器通过测量信号达到领受器的时间来细目其与卫星之间的距离。即使是细小的偏差，也会跟着时间积存导致大地导航出现枢纽错误。因此，要得到精准的定位系统，不仅需要洽商到卫星绕地球轨说念的运行速率，也要洽商到轨说念卫星和大地领受器的时空曲率的各别。当今，让咱们试想在具有遒劲引力的极点环境下的情况。以黑洞为例，在外部的不雅察者看来，当一个坠入黑洞的物体在接近黑洞的事件视界时，速率会延缓，况且需要无穷的时间材干抵达事件视界。关于事件视界除外的不雅察者而言，物体看起来恒久地停在了事件视界之处。可是，关于坠入黑洞的不雅察者而言，时间看起来在泛泛流动。从他的角度来看，哪怕是最普遍的黑洞，他也能在很短的时间内就抵达中心的奇点。时空中也可能存在着让时间机器得以运行的潜在诬蔑。一些科学家心爱“虫洞”的办法，它可被手脚为穿越时空的捷径。当要畅通两个因果上不相连的区域时，虫洞不仅有可能畅通天地中的两个不同位置，而且还有可能畅通时间上不同的两个位置。要是不错穿越这么的虫洞，那么回到昔日就有可能在现实中结束。天然表面上这听起来可行 ，但目下在天地中并未发现任何虫洞存在的凭证。

图片

时空中的捷径——虫洞。（图/新道理研究所）

  咱们从未确凿见落后间  咱们总会用现存的最优时期来测量时间的流动，并界说它的通用模范。国外模范的时间单元是秒，它的界说也一直在演变——先是太阳日的一小部分，然后变成了星积年的一小部分，再到当今量子期间的“原子”秒。自1967年以来，1秒就被界说为与铯-133原子基态的两个超精深能级间跃迁对应的辐射的9192631770个周期所抓续的时间。咱们的器具在领路时间办法上对咱们的设想力进行了补充。在昔日的一个世纪里，咱们越来越多地透过量子物理来疑望时间。量子力学以为，在一个遴选的静止框架中，时间的流动是多量且全齐的；而广义相对论则以为，时间的流动是可塑而相对的。在20世纪60年代，量子力学和广义相对论这两个不相容的表面被见效地连接了起来，得出了惠勒-德维特方程。这个方程束缚了一个问题，但又产生了另一个问题。在这个方程中，时间莫得任何作用。这在物理学家中引发了一个普遍的报复，被称为“时间问题”。这是否意味着时间在天然功令中莫得真谛？意大利表面物理学家以及《时间的次序》一书的作家卡洛·罗韦利（Carlo Rovelli）对此表示了浓烈的看法：咱们从未确凿见落后间。咱们看到的仅仅时钟。要是你说这个物体在出动，你确凿的道理是当你的时针指在这一处时，这个物体在这里。咱们说用时钟来测量时间，但咱们看到的仅仅时针，并非时间本人。而时针和其它东西一样仅仅物理变量。是以在某种真谛上，咱们是在诈欺，因为咱们确凿不雅察到的是物理变量作为其他物理变量的函数，但咱们把它描写成一切齐在随时间变化。

图片

当“全体比部分之和更大”时，表表露现了，意味着全体领有部分所不具有的性质。而这些性质的产生是由各部分之间的互相作用所产生的。雪花中复杂且对称的分形图案的变成，阐发了物理系统的表露。（图/新道理研究所）

惠勒-德维特方程引发的想考是，咱们必须住手这个游戏。咱们应该形色变量之间是怎样互相讨论的，而不应该引入时间——这个本就不可不雅测的杜撰变量。问题是，时间是现实的基本属性如故仅仅事物的宏不雅呈现？我以为这仅仅一个宏不雅效应，它只在宏不雅的事物中出现。加州理工学院的天地学家肖恩·卡罗尔（Sean Carroll）以为，想考时间是否真实这一问题是每况愈下的。关于科学探索来说，一个值得想考的问题是时间是表露的如故基本的。温度和压强不会因为咱们把它们领路为基础的原子形色的表露属性而变得不再真实。这八成是相关于时间最大的悬而未决的问题，但它远非惟一的时间报复。  时间之矢 紧随后来的另一个问题，等于一个自19世纪以来就困扰着形而上学家和物理学家的奇异事实：物理学定律无法解释为什么时间老是指向改日。要是时间能够倒流的话，那么悉数的基本定律——不管是牛顿定律，如故爱因斯坦的表面或者是量子功令——在逆向运作时也齐雷同灵验。另一方面，在咱们体验到的宇宙中，时间是有一定标的的。咱们降生、老去、弃世，鸡蛋破灭，液体搀杂，办公室老是趋于变得愈加参差词语——而不是相悖。可是，就咱们目下所知，时间是单向的，它从未出现过逆转。这种单向行为只存在于一个科学定律中，那就是热力学第二定律。该定律告诉咱们，在孤单的系统中，熵通常只会随时间增多，不会减少。熵不错被看作是系统所包含的无序或信息的一种度量；因此，第二定律默示着，在孤单系统中，时间相关于有序的量是不合称的：一个跟着时间推移而前进的系统，它在统计上会变得愈加无序。将一块冰块放入热咖啡中，会在咖啡冷却的同期加热了冰块。但这照旧由是不可逆转的：这是一条单行说念。但热力学第二定律却不成告诉咱们这是为什么。逆转时间的箭头就特殊于裁减熵降。在19世纪的一个想想实验中，一个名叫麦克斯韦妖的顽皮小鬼领有一种超越的材干。在一个带有隔板的盒子中充满了气体分子，这只小妖却能知说念每个气体分子的位置和速率，并能将它们分离。在隔板上有一个洞，小妖不错驾驭洞上的小门。它会将能量高的分子戒指在门的一边，能量低的连络在门的另一边。效能发现，在这个经由中，小妖必须消费能量并擢升我方的熵，来确保天地的总熵仍是飞腾的。

图片

麦克斯韦妖的示意图，红点代表比蓝点能量更高的分子。（图/新道理研究所）

几年前，有一项实验称他们在约莫60个原子上复制了麦克斯韦妖，使系统的熵裁减了2.44。这在量子计较机鸿沟具有普遍的应用后劲。要是麦克斯韦妖不错在经典圭臬上复制，那么咱们八成就不错扣问时间逆转在热力学上的可行性，但这仍可能无法让咱们再次资历昨天。这关系到一个不同的时间办法——时间的感知箭头，也就是东说念主类情怀上对时间的感知。咱们能够记着的，齐已成为旧事。要是能让咱们“此刻”记着的事情比“之前”的时刻更多，那么不错说咱们随时间上前了。咱们似乎能够记着咱们是否知说念一些“昔日”的事情。咱们似乎也能够以某种精准度来瞻望改日发生的事情，但咱们仍枯竭对改日的好意思满领路。情怀上的时间流动与东说念主类的顾虑以及咱们对因果的感知紧密相连。它在很大程度上受脑中多巴胺水平的影响。在一些有帕金森症、精神分手症和注重力流毒多动胁制（ADHD）等能影响多巴胺水平的受试者身上，已经不雅察到了时间知觉胁制。  量子时空  在物理学中，咱们还没能根据实考凭证建立起热力学箭头和时间感知箭头之间的关系，但有几种可能的表面八成能够提供束缚有盘算推算。那些赞同量子力学的哥本哈根发挥的东说念主以为，量子进化是由薛定谔方程所驾驭的。薛定谔方程是时间对称的，而量子的时间箭头的不可逆性源自于波函数的坍缩。在量子力学的宇宙中，当熵窜改时流动的不是热量，而是信息。一些量子物理学家宣称已经找到了时间箭头的基原本源。他们以为，之是以能量会踱步，物体会均衡，是因为基本粒子互相作用时会互相纠缠——也就是被称为“量子纠缠”的奇怪效应。“量子纠缠”当先出当今科学鸿沟中，是源于爱因斯坦和他的共事们提议的一个想想实验。他们发现了暗藏在量子力学方程中的量子纠缠，并意志到了它的奇异之处。它形色了不管粒子相距多远，却总能精巧地交汇在一说念。爱因斯坦和他的共事鲍里斯·波多尔斯基（Boris Podolsky）和纳森·罗森（Nathan Rosen）发表了一篇论文，以探讨当想考量子纠缠的含义时出现的悖论。他以为这么的行为是不可能的，因为它抗争了局域现实的因果关系——相隔远方的粒子何如能作念到一会儿互相影响。因此他们以为量子力学并不完备。1964年，爱尔兰物理学家约翰·贝尔（John Stewart Bell）遐想了一项实验测试，推翻了爱因斯坦所信赖的粒子之间存在事先领路的表面。因此，多量的领路是，在纠缠粒子之间，信息的确以能超越光速的速率在传播。假定纠缠的粒子被分开数光年远，那么它们也能即刻分享信息。两个事件不仅不错在时间上互相关联——将较早的事件与较晚的事件讨论起来，而且还能以一种无法判断哪个事件更早、哪个更晚的形态互相关联。如斯看来，纠缠粒子之间并不存在时间。维也纳大学研究量子信息的物理学家查斯拉夫·布鲁克纳（Caslav Brukner）说：“有了时空，就有了一个明确的因果门径，但要是莫得一个明确的因果门径，那么也就莫得时空。”一些物理学家将此作为一种长远的非直观性的宇宙不雅的凭证。在这种宇宙不雅中，量子关联比时空更基本，而时空本人是由事件之间的关联建立起来的。

图片

“单波说念”贝尔测试的简化版示意图：源S产生成对的“光子”，朝相悖的标的发送。每个光子齐会遭受一个单波说念偏振器，其标的可由实验者设定。（图/新道理研究所）

麻省理工学院的物理教练赛想·劳埃德（Seth Lloyd）对此发表了不雅点：“当今”不错通过与咱们周围环境的互相关联、互相纠缠的经由来界说。那么时间之箭，就是一支继续增强相关性的箭。  东说念主类的遥远追求  在东说念主类生活在地球的这段时间里，咱们一直渴慕增强表面和实验与天然之间的相关性。相关性越大，咱们对天地的领路就越好，咱们的糊口契机也就越大。科学的中枢内容是提议表面，并作出相宜（经过了时间检修的）不雅测效能的瞻望。时间是科学进度的中心。对天然界周期性的领路曾匡助咱们发展了农业，让咱们在恶劣的条款下糊口，还带来了工业创新，这些齐权臣延长了咱们在地球上糊口的时间。莫得别的生物能像东说念主类所作念的那样去延长自身的平均寿命。留神志到了东说念主生的极限之后，咱们学会了保留和传承咱们的学问、常识和法子，是以咱们的后代不会从一张白纸运转。在昔日的400年里，咱们从不雅察时钟的舞动，到探索天地的运说念以及咱们在天地中的位置。东说念主类的聪惠正指导咱们以前所未有的速率朝着改日前进。雷同，在这段时间里，咱们提议、接管、推翻和归附了与时间表面相矛盾的表面。追忆起来，看见流行表面如安在某种玄虚层面上周期性的出现是件很特道理的事情。咱们不知说念改日会发生什么，但咱们笃信会与天地更紧密地纠缠在一说念，更深地觉察到相互。再此之前，咱们将连续尽力发展出一个遥远的时间表面。

#创作团队：

撰文：拉维·辛哈（Ravi Sinha）

遐想：岳岳、雯雯

#参考起原：

https://cds.cern.ch/record/381232/files/9903010.pdf

http://classics.mit.edu/Plato/timaeus.html

http://faculty.arts.ubc.ca/ssavitt/Courses/Phil462A/Aristotle (Time).pdf

http://www.buddhistinformation.com/buddhism_and_the_illusion_of_time.html

http://muse.tau.ac.il/museum/galileo/pendulum.html

https://plato.stanford.edu/entries/newton-stm/scholium.html

https://www.worldscientific.com/doi/abs/10.1142/9789812386540_0010

http://www.drchinese.com/David/EPR.pdf

https://www.quantamagazine.org/time-entanglement-raises-quantum-mysteries-20160119/

http://www.preposterousuniverse.com/blog/2013/10/18/is-time-real/ 

https://www.wired.com/2014/04/quantum-theory-flow-time/

http://pi.math.cornell.edu/~numb3rs/luthy3/thearrowoftime.html

http://www.w41k.com/28027

https://arxiv.org/pdf/1302.2603.pdf

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0458-7

 https://www.quantamagazine.org/quantum-entanglement-drives-the-arrow-of-time-scientists-say-20140416/

#图片起原：

封面图&首图：新道理研究所初中生系列

本站仅提供存储就业，悉数内容均由用户发布，如发现存害或侵权内容，请点击举报。