古希腊伟大的哲学家亚里士多德曾经对时间有过定义,他认为:“时间是关于前和后的运动的数”,因为运动有连续性,因此先后表示了时间流逝的本质!同时他也认为“时间既不是运动,也不能脱离运动”,事实上亚里士多德对于时间的认识是非常深刻的,从他的观点来看,时间并不能脱离空间存在,因为运动需要物质和空间的支持!
牛顿的绝对时空观
牛顿在关于时间和空间的认识上开了倒车,他在发表的《自然哲学的数学原理》中表达了他的绝对时空观,他认为时间和空间是分离的,时间和空间之间没有相互关系,两者独立,无论空间是否存在,时间都是单独流逝的,简单的说,空间和时间的关系就像住房与租客,两者并不是一个整体。
这个观点非常贴合我们的日常认识,一直以来的直觉就是这样,比如一个物体存在与空间中,只要不去动它,它永远都会在那里,无论时间过去多久都一样,与时间之间并没有存在特殊的关系。因此牛顿的绝对时空观非常容易被接受,继而在牛顿之后生根发芽,统治了科学界长达300年!
爱因斯坦的相对论时空观
早在爱因斯坦出生之前,勒维耶就已经发现水星的轨道非常奇特,计算的进动值总是小于实际观测,在牛顿的绝对时空观中,能对水星轨道产生影响的只有其他行星的引力摄动,因此天文学家都在寻找水星内侧的那颗祝融星,但结果大家都知道,祝融星不存在!
这事情得半个世纪后的爱因斯坦推出广义相对论才会解决,因为牛顿的绝对时空观认为空间和时间是分离的,质量在平直空间的行为只会受到另一个质量的引力作用,但事实上质量在空间中弯曲了空间从而表现为牛顿的万有引力,同时在质量体周围的时间也有影响,因此水星的运动才会如此怪异!
就如广义相对论发表后预言的星光被太阳引力弯曲一样,其实用牛顿的万有引力公式也能计算出光子(静止质量为零,但有动质量)弯曲的角度,但只有实际角度的一半,因为它没有考虑时空的弯曲。
相对论认为时间可以被压缩,也可以膨胀,但无法倒流。
亚里士多德似乎歪打正着?至少在一个整体的认识上还是有些相同点的!
光子的时空观
对于光速运动光子来说,时间对它来说并不存在,即使它是宇宙大爆炸后的第一缕光。相对论时空观告诉我们,光速运动下时间是停滞的,它已经能够钟慢效应发挥到极致了!所以对于光子来说,无所谓时间,但它需要时空才能延伸,它也成了外部观测者衡量时间的一种方式,比如我们可以通过它频率的红移了解到它大概是从宇宙膨胀的哪个位置发出的,因此也就知道了它出发的时间!
所以一颗光子并没有多少信息,但它的红移频率与其他观测数据一起,就成了时间的见证者。
量子力学下的时空观
量子论的发展似乎有些让时间有些不知所措,因为概率论和不确定性原理使得因果论和决定论已经破产,这也是爱因斯坦为之奋斗一生的连续性和因果论,因此在量子论发展的数十年间,他一直不遗余力的试图让量子论回到传统的轨道上来,但很可惜,量子论与爱因斯坦的信仰越来越远!而且在1979年惠勒提出的一个延迟双缝干涉实验中,似乎能让时间回到过去?
双缝干涉实验大家都很清楚,光子或者电子通过两狭缝时会产生干涉形成条纹,然后我们一旦展开探测,这个干涉条纹就会消失,确实量子世界中的一些行为有些吓人,居然探测会影响没有任何思想的光子或者电子的行为,难道光子或者电子有意识?当然不是,因为光子和电子可以用一个波函数来描述它们,一旦展开探测,这个波函数就坍缩,所以我们只看到了一个结果!好吧,我们姑且就这样理解!
但延迟双缝干涉实验就更吓人了,如下图,用半镀银的反射镜代替双缝,将会有一半光子通过反射镜,一半则被反射,这是一个量子随机过程,再通过全反射镜汇聚到半反射镜。终点处半镀银反射镜处汇聚后会产生光子的自我干涉,只要调整好相位,就能保证一个确定方向上的输出,因此每次都能得到一个确定的结果,因为根据量子论,光子必定是沿着两条路径而来。
那么问题来了,如果不插入末端半反射镜,那么光子必定是沿其中一条路到达探测器,因为一半一半嘛,但如果插入半反射镜,那么光子必定是通过两条路到达反射镜,因为干涉了嘛!那么问题来了,如在光子从第一块反射镜后,在第二块反射镜插入之后,光子在哪里?在这里时间似乎不起作用了,因为半反射镜的后续介入可以干涉光子在第一块反射镜上的路径选择,这不是因果律崩溃么,时间还存在吗?
热力学下的时空观
热力学中的熵增代表了时间的方向,整个宇宙中无序度的增加是不可避免的,而且无法反方向操作,比如一块破碎的镜子无法复原,当然我们可以重新制造以回到一块镜子的初始状态,但为之消耗了更多的能量,会让无序度增加更甚,它也已经不是原来的那块镜子。
因此从热力学的角度来看,时间是存在的,那么是否可以反过来理解,时间其实只是一个熵增的表现而已,无论你是否感觉得到时间在流逝,但你的身体就在走向无序化,或者说你的身体有序的同时需要很多无序来支撑。
很多朋友以黑洞或者光速飞行的飞船内部时间停滞来举例时间不存在,但问题是即使我们在黑洞内部,我们还是会觉得肚子饿了,这个时间停滞只是对外界观察者而言,对于自身,时间一样在流逝,无论如何都无法让时间停止运行。