时间是一个无法研究到尽头的命题,目前人类还没有为时间找到一个万事万物适用、具有一致性且又不循环的定义,或许爱因斯坦最接近时间的真相。
哲学层面分为两派:
(1)一部分人认为时间在宇宙中是不可或缺的,没有时间就没有宇宙,是宇宙中的一个可以从小到大排列的维度。在物理学中有长度,有重量,时间也是一种尺度的标量。
在爱因斯坦出现之前,所有人都是这样认为的,包括牛顿,他认为时间是一个独立的维度。光在一种叫做“以太”的介质中流淌,只有一个方向,一往无前。以太平均分布在整个宇宙中,处于绝对静止状态,所以时间也是绝对的,是宇宙变化、物体运动的共同的参照物,就像一个均匀流动、方向单一的参考系,但不会对任何物质产生影响。
比如:太阳突然间消失,牛顿的万有引力得出的结论是超距作用,即地球会在太阳消失的瞬间马上“甩”出去。两个相互吸引的天体,无论距离有多远,引力都不存在时间延迟的作用。
(2)还有一部分人认为时间并不存在,比如德国的两位哲学家莱布尼茨和伊曼努尔。他们认为时间并不是维度,也不是流动的物质,是一种人为的假想概念。这个概念可以配合空间和数字来记录事件的逻辑顺序,物体运动和改变,还有变化大小(速度)的比较。
爱因斯坦的时空观
时间之矢
我们可以发现无论是上面哪一派,只要讨论时间都离开不万物变化。热力学第二定律(熵增定律)告诉我们,一切孤立系统的混乱程度都会增加,直到混乱最大化,这是一个不可逆的过程,所以宇宙的每一个角落,万事万物都在奔向无序,不存在绝对静止。你人不动,但是你身体上的分子、原子都在向着混乱最大化运动,只有获取外界的能量才能维持身体的秩序。
随着时间的流逝,宇宙这个孤立的系统终将达到混乱最大化,那么宇宙就没有了变化,一片死寂,绝对静止,时间也就没有了意义。由于一切混乱,宇宙中一片混沌,所有元素都衰变了,没有任何有秩序的物质,也就没有了参考物,也就没有了上下左右,东西南北,也就没有了空间的概念。
所以时间、空间、物质是相辅相成,同时存在的。除此之外,宇宙或许就像是霍金从《广义相对论》求得的其中一个解——宇宙大爆炸,爆炸之前,这个未知领域,处于没有时间、空间、物质的绝对虚空状态。
狭义相对论
因为时间、空间不可分割,所以叫它“时空”,但是爱因斯坦的时空观并不是来源于热力学第二定律,只能说条条大路通罗马。在爱因斯坦看来,时间并不是绝对的,而是相对的,因为它和光速存在联系。
爱因斯坦基于光速在相对参考系中速度恒定的原理(实验证实)推导出了《狭义相对论》,其中的钟慢效应,描述的是相对高速运动的物体,时间流速慢。
举个例子:
假设有三个人头上都顶一个钟,他们处于同一个引力场中,其中两人相对静止,另一个人高速运动。那么你会发现,两个相对静止的时钟,走的速度是一致的,而高速运动的时钟却慢了。
广义相对论
在《广义相对论》中,描述了引力的作用不是力,是时空几何,质量扭曲了时空,扭曲的时空告诉行星如何运动。质量越大的天体,时空曲率越大,引力场中时间流速越慢。
时间变慢
所谓时间流速慢并不代表你可以活得更久,因为这不是绝对变慢,而是相对变慢。比如三胞胎猴子都刚好可以活到28岁,当它们处于不同引力场或者以不同的相对速度运动时。时间的流速不同,所以变化的间隔不同,就像下面被拉伸的格尺一样,虽然单位间隔不同,但是对于格尺本身总量程还是28,所以三只猴子都只能活到28岁。
爱因斯坦的时空观完全颠覆了人类对时间和空间的认知,而且《狭义相对论》和《广义相对论》都已经有大量观测及实验证实,这是人类从绝对时空到相对时空的转变,也是目前人类离时间的意义最接近的时空观。