对于“时间”这个概念的探讨,早在史前的火堆旁就已经展开。而自从爱因斯坦横空出世,“时间”的定义便犹如一幅重新焕彩的画卷,让我们以崭新的角度去透视那些既熟悉又陌生的过往、现在和未来。
究竟何为“时间”?对于我们来说,它是一个充满迷雾的词汇。我们目睹它在太阳的升落之间流转,在空中飞舞的石头轨迹中闪烁,在岁月留下的皱纹中缓缓流淌。然而,尽管有所感知,我们依然难以捕捉到“时间”的具象形态。
我们仅能描述“时间”的诸多特质,比如它的单向性,它总是一往无前,不会回溯;它犹如矢量一般,对于任何方向都毫不妥协。时间还具有某种相对的均等性,从宇宙的诞生到如今,时间从未在任何特定时刻加速或减速。无论是地球上的你我,无论聪明或愚笨,贫穷或富有,一昼夜总是24小时。
然而,这个均等性仅仅在特定的条件下成立。在相同的时空结构和相对速度中,时间对于所有事物都是等价的。但当涉及到不同时空结构或不同相对速度的两个个体时,时间的均等性便不再适用。之所以会这样,是因为时间与宇宙中的其他物质一样,也会受到诸如质量和速度的影响。
按照爱因斯坦在相对论中的阐述,时间无法脱离空间和物质单独存在。换言之,若无空间,时间便无处安放;若无物质,时间亦无从谈起。相应地,若无时间,空间和物质亦将失去意义。
爱因斯坦进一步提出,时间与空间共同构建了我们所熟知的四维时空(长、宽、高、时间),这一四维时空框架,便是我们宇宙的基础结构。在测量上,无论是时间还是空间,都并非绝对不变。在不同的相对速度或时空结构下进行测量,时间的流逝速度也会有所不同。质量和速度,是影响时间流逝的两大关键因素。
按照爱因斯坦广义相对论的论述,真空仿佛一张平铺的渔网,而拥有质量的天体就像投入渔网中的一颗铁球。在质量的作用下,渔网会出现凹陷,凹陷处的时间流逝相比平坦处要更为缓慢。
根据相对论的数学推演,大质量物体(例如黑洞)附近的时间流逝速度要慢于远离大质量物体的地方。这一现象虽然令人惊讶,但质量对时间的影响早已不再是秘密,并得到了验证与应用。例如全球定位系统GPS在开发和使用过程中,科学家们发现无论如何校准,总存在几公里的定位误差。直到将爱因斯坦相对论中质量对时间的影响纳入考虑,这一系统误差才得以消除。
我们知道,卫星距地面甚远,根据万有引力定律,地面的重力场要强于卫星所在轨道的重力场。在两种不同重力场的作用下,地面上的时间流逝速度要快于卫星轨道上的时间流逝速度,尽管这种差异微乎其微,但乘以具体的距离放大倍数后,这种差异便变得十分显著。
此外,爱因斯坦在狭义相对论中提出时间具有“膨胀”效应:假设有两个观察者,一个静止,一个以相对速度朝向静止者移动,则相对运动的观察者会发现,自己的时钟时间流逝速度要慢于静止观察者周围的时钟。
然而,在日常生活中我们无法察觉这种差异,因为相对运动的速度远不足以造成显著的时间差异。那么,什么速度才能对时间造成显著影响呢?
科学家们想到了光,通过对光的一系列实验,他们发现光无论朝哪个方向运动,其速度始终恒定,光在运动中对时间并无影响。
这一现象令许多科学家困惑,因为按理说光的速度在运动中应该影响时间。难道相对论有误?当然不是!爱因斯坦认为,光速是宇宙速度的极限,任何物体的速度都不可能超过光速。根据爱因斯坦的公式,一旦物体速度达到光速,时间便失去意义,甚至不复存在。这就是速度对时间影响的真谛。
如今,我们已经明白速度达到光速时时间便失去意义。那么,作为影响时间的另一个因素——质量或者引力,在何种状态时会导致时间失去意义?
对于这个问题,现代物理学给出了满意的答复。
为了达到这种影响程度,我们必须先想象一个拥有巨大质量的物体——黑洞。我们对黑洞的一般理解是,它拥有巨大的质量,能将所有接近的物体吸入,甚至连光都无法逃脱。
由此,我们自然好奇,黑洞的核心究竟为何物?答案便是奇点。奇点是黑洞形成的最终产物。我们知道,大质量恒星之所以发光发热,是因为内部核聚变产生的巨大重力将原子挤压在一起。核聚变产生能量(光和热),当产生的爆炸力和重力达到平衡时,恒星保持稳定,太阳便是如此。
然而,随着时间的流逝,恒星内的原材料耗尽,核聚变停止,重力将开始占据上风,继续压缩内部物质,形成中子星。如果恒星质量足够大,重力将持续压缩物质,直至空间为零,形成奇点。这时,时间和物质都失去了意义,这就是质量对时间的终极影响。
英国科学家霍金通过对爱因斯坦广义相对论的计算和推导,得出了宇宙有一个起始点的结论,这个起始点便是大爆炸。
这就是闻名遐迩的宇宙大爆炸理论。霍金的这一观点实际上继承了爱因斯坦的观点,他认为物质和时空共生,只要物质存在,时间就有意义,而时间需要能量来维持,没有能量的时间同样没有意义。
人类总是怀揣着时间旅行的梦想,希望能穿越时空回到过去,甚至改变历史。这些想法在电视剧,尤其是中国的穿越剧中司空见惯,它们代表了人们的美好期望。然而,这些期望却源于对爱因斯坦关于时间解释的误解和偏见。
对此,爱因斯坦的见解是:
1、“时间倒流或回到过去,其实是基于一个不存在的逻辑之上。”
2、“现在、过去和将来之间的差异只是一种错觉。”
时间不能倒流
首先,爱因斯坦认为,电视剧中关于“回到过去”的情节是脱离现实逻辑的。时间只会朝一个方向流逝,而违背自然规律的回到过去,显然是不可能的。
根据霍金的解释,因为这违反了“时间悖论”,霍金设想如果一个人能回到过去,看到过去的自己,并开枪打死过去的自己,那么未来的自己又从何而来呢?这明显违反了逻辑!
既然回到过去是不现实的,那么去往未来呢?理论上,去往未来是可行的。因为这个假设并不违背时间的单向性。想象一下,你乘坐一个航天器来到黑洞边缘,绕着黑洞航行,黑洞周边的时间流逝速度比地球要慢许多。如果你在黑洞附近航行一小时,回到地球可能已经过了十几年。
同理,如果你能乘坐一个接近光速的飞行器,快速移动,那么在飞行器上的一小时,回到地球可能已经是十几年后了。所以,通过时间旅行回到过去是不可能的,但我们可以穿越到未来,这是完全可行的。
爱因斯坦的第二点见解是,“现在、过去和将来之间的差异只是一种错觉”。时间是单向的,尽管回到过去、时光倒流不可能,但时间的流逝是连续的。物质在时间的长河中产生、发展、消亡,只是时间这一衡量单位的记录方式。
就如同一台摄像机,宇宙中所有发生的一切,过去、现在和未来,都在时间这台摄像机中不断回放。
如此看来,时间是宇宙世界中唯一真正流通的“货币”!拥有时间,便拥有一切,拥有时间,便拥有未来!
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