時(shí)間是什么？

每個(gè)人都知道什么是時(shí)間。我們幾乎可以感覺到它滴答作響，在可怕的規(guī)律性的按照順時(shí)針上前進(jìn)。時(shí)間已經(jīng)奴役了世界，成為我們最珍貴的商品。但是到了物理學(xué)家那里，它開始變身，扭曲，甚至讓人崩潰。無法深究的是，到底什么是時(shí)間呢？

天文學(xué)

對(duì)許多歷史時(shí)期的人來說，這是自然節(jié)奏的代名詞;季節(jié)的變換和天體運(yùn)行的周期。如果說這個(gè)想法今天看起來很天真，這不僅是因?yàn)楝F(xiàn)代時(shí)鐘是無限精確的時(shí)間守護(hù)者，這也是因?yàn)槲覀円呀?jīng)把時(shí)間想成一個(gè)普遍的東西，即使所有的時(shí)鐘，天體或人造的都停止了，時(shí)間還是將繼續(xù)前前進(jìn)，流逝。

物理學(xué)

-牛頓的絕對(duì)時(shí)間

絕對(duì)時(shí)間，對(duì)于所有觀察者來說都是可測量的和相同的概念，被牛頓最簡潔地表達(dá)出來：：“絕對(duì)的、真實(shí)的數(shù)學(xué)時(shí)間，就其自身及其本質(zhì)而言，是永遠(yuǎn)均勻流動(dòng)的，它不依賴于任何外界事物?！?/p>

-愛因斯坦的時(shí)間

運(yùn)動(dòng)

“愛因斯坦表明，沒有一個(gè)世界統(tǒng)一時(shí)間，”戴維斯解釋說?！澳愕臅r(shí)間和我的時(shí)間取決于我們的移動(dòng)速度。換句話說，兩個(gè)事件之間的間隔時(shí)間可以根據(jù)在事件之間的移動(dòng)的速度而變化?！?/p>

想象兩個(gè)觀察者，一個(gè)在火車上，一個(gè)在靜止?；疖嚿系穆眯姓吲e著火炬垂直向上發(fā)送一束光。旅行者的視圖顯示在左邊：光束垂直向上。靜態(tài)觀察者的視圖如右圖所示：光束和火車天花板的位置在開始和結(jié)束時(shí)分別以黑色和藍(lán)色顯示。光束沿對(duì)角線行進(jìn)。因?yàn)殪o止的觀察者認(rèn)為光束不僅僅只有垂直速度，也應(yīng)該有與火車相同水平速度。

根據(jù)愛因斯坦假設(shè)的時(shí)間隧道效應(yīng)，光速在所有觀察者眼中是不變的，無論他們移動(dòng)的多快。因?yàn)閮蓚€(gè)觀察者測量的光速都是一樣的，因?yàn)樗俣仁菃挝粫r(shí)間內(nèi)前進(jìn)的距離，這就意味著對(duì)于兩個(gè)觀察者來說，時(shí)間是相對(duì)的。時(shí)間與測量者有關(guān)。就像物理學(xué)家KipThorne喜歡說的，時(shí)間是個(gè)人的。

在相對(duì)論中，時(shí)間與空間一起組成四維時(shí)空，構(gòu)成宇宙的基本結(jié)構(gòu)。時(shí)間與空間都不是絕對(duì)的，觀察者在不同的相對(duì)速度或不同時(shí)空結(jié)構(gòu)的測量點(diǎn)，所測量到時(shí)間的流易是不同的。

狹義相對(duì)論預(yù)測一個(gè)具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘之時(shí)間流易比另一個(gè)靜止的時(shí)鐘之時(shí)間流易慢。在一九七一年，物理學(xué)家哈菲爾（JoeHafele）與基廷（RichardKeating）做了證明。他們將高度精確的原子鐘放在飛機(jī)上繞著世界飛行，然后將讀到的時(shí)間與留在地面上完全一樣的時(shí)鐘做比較。結(jié)果證實(shí)：在飛機(jī)上的時(shí)間流易得比實(shí)驗(yàn)室里的慢。據(jù)愛因斯坦的理論，當(dāng)移動(dòng)的速度越快，時(shí)間流易速度越慢，當(dāng)移動(dòng)速度達(dá)到光速的一半時(shí)，時(shí)間約慢13%。

重力

其實(shí)，運(yùn)動(dòng)不是唯一可以使時(shí)間膨脹的東西。在他1916年發(fā)表的廣義相對(duì)論中，愛因斯坦證明了重力可以減慢時(shí)間。愛因斯坦認(rèn)為，重力不僅僅是一種在宇宙中不可見的力，具有巨大質(zhì)量的物體可以很大程度上扭曲時(shí)空。

這里有一個(gè)著名的例子，一個(gè)保齡球放在彈簧床上，如果在床上扔一塊大理石，大理石會(huì)是床產(chǎn)生下陷，于是球會(huì)滾進(jìn)去。根據(jù)廣義相對(duì)論，高質(zhì)量的物體例如行星，它們可以以相同的方式扭曲宇宙，同時(shí)吸引周圍的其他星體。但是，愛因斯坦意識(shí)到，時(shí)間和空間是無法分割的一體，所以他稱它們?yōu)闀r(shí)空，重力的翹曲效應(yīng)不僅作用于空間，也作用于時(shí)間。

“重力影響了時(shí)間，所以時(shí)間在你家地下室里要比在房頂上慢一點(diǎn)?！盌avies說，“這種影響很小，但是仍然可以測量，即使在距離上來說它們很微小。但假如你希望重力對(duì)時(shí)間有巨大的影響，那么你就不得不去一個(gè)有著極大的重力場的地方。舉個(gè)例子，假如你在中子星的表面有一個(gè)時(shí)鐘，那么它的運(yùn)行速度只有在地球的70%。最終極的時(shí)間扭曲發(fā)生在黑洞的表面，在那里從某種意義上說時(shí)間仍是我們的時(shí)間。如果你到了那里，你不會(huì)感覺到時(shí)間有什么特殊，但是如果你比較一下兩地的時(shí)鐘，它們會(huì)有相當(dāng)巨大的不同。”

質(zhì)量產(chǎn)生的重力場將造成扭曲的時(shí)空結(jié)構(gòu)，并且在大質(zhì)量（例如黑洞）附近的時(shí)鐘之時(shí)間流易比在距離大質(zhì)量較遠(yuǎn)的地方的時(shí)鐘之時(shí)間流易要慢。現(xiàn)有的儀器已經(jīng)證實(shí)了這些相對(duì)論關(guān)于時(shí)間所做精確的預(yù)測，并且其成果已經(jīng)應(yīng)用于全球定位系統(tǒng)。

時(shí)間箭頭

從人類的開始人們就知道時(shí)間是不可逆的，人出生、成長、衰老、死亡，沒有反過來的。例如，玻璃瓶掉到地上摔破，沒有破瓶子從地上跳起來合整的。雞蛋很容易變成雞蛋餅，但是卻不能變回雞蛋?？Х群团Ｄ淘诒又谢旌希菂s不能再一次把他們分開。

古典力學(xué)無法解釋時(shí)間的不可逆性。兩個(gè)粒子彈性碰撞的過程順過來反過去沒有實(shí)質(zhì)上的區(qū)別。時(shí)間的不可逆性只有在統(tǒng)計(jì)力學(xué)和熱力學(xué)的觀點(diǎn)下才可被理論地解釋。熱力學(xué)第二定律說在一個(gè)封閉的系統(tǒng)中（我們可以將宇宙看成是最大的可能的封閉系統(tǒng)）熵只能增大，不能減小。宇宙中的熵增大后不能減小，因此時(shí)間是不可逆的。

時(shí)間消失

根據(jù)史提芬·霍金所解出廣義相對(duì)論中的愛因斯坦方程式，顯示宇宙的時(shí)間是有一個(gè)起始點(diǎn)，由大霹靂（或稱大爆炸）開始的，在此之前的時(shí)間是毫無意義的。而物質(zhì)與時(shí)空必須一起并存，沒有物質(zhì)存在，時(shí)間也無意義。

有些人如此認(rèn)為：時(shí)間從未存在過，但是Davies并不同意。“我認(rèn)為時(shí)間是存在的就像手機(jī)是存在的。這是真實(shí)的東西，我們可以測量他。但是我們現(xiàn)在討論的描述世界的方式與之前我們?cè)?jīng)討論過的不同?！?/p>

時(shí)間或者空間都可能是宇宙的一種自然性質(zhì)，但二者都不是現(xiàn)實(shí)的組成?！斑@可能是對(duì)于在宇宙大爆炸時(shí)的極端條件下，依靠其他變量進(jìn)行描述更加合理恰當(dāng)。

當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)世界擁有了完善的時(shí)間與空間的定義（或者如愛因斯坦所說稱之為時(shí)空），那么它可能處于宇宙特別的狀態(tài)，發(fā)生了大爆炸?！盌avies用橡膠塊舉例子：它擁有自身獨(dú)特的物理特性，用它的彈性舉例，但是這里并沒有原子尺度的道具。他們是原子結(jié)合體，根據(jù)一定的法則組合在一起。同樣宇宙，當(dāng)他從大爆炸中冷卻下來，時(shí)空產(chǎn)生了?；蛟S，如果他用另一種方式冷卻下來，時(shí)空就不會(huì)存在了。

但假如時(shí)間和空間都不是基本性質(zhì)，那么什么是宇宙的基本性質(zhì)呢？關(guān)于此，還沒有能讓大眾信服的學(xué)說?！拔覀兛梢詣?chuàng)造詞匯來形容他們，但是這些并不會(huì)出現(xiàn)在我們的日常生活中。所以我們?nèi)匀灰蕾囉跀?shù)學(xué)描述。但是即使有一天我們希望通過某種東西去解釋時(shí)間或者空間，那只不過是把問題推向了另一個(gè)層次，因?yàn)槟氵€需要解釋你解釋時(shí)間用的這些東西是什么?！?/p>

現(xiàn)在，我們似乎還沒有想牛頓那樣理解時(shí)間，甚至可能我們理解的還要少。不過，科學(xué)家的工作并不都在解釋宇宙是什么，也只有極少數(shù)可以解釋的了它?！澳愠３Ｊ怯脭?shù)學(xué)方程組來假設(shè)一個(gè)理論，然后你檢測他是否與現(xiàn)實(shí)相違背，”Davies說，“如果方程組有效，你就不必為方程組解釋方程組來自哪里。這就是你解釋世界最好的嘗試?！?/p>

無論什么是基礎(chǔ)，或者一系列的相關(guān)性，事實(shí)上，這些是我們稱作時(shí)間的那個(gè)東西表現(xiàn)自己的方式，而且我們了解它。像一個(gè)朋友對(duì)我說的，“如果你想知道時(shí)間是什么，那就看看自己的臉吧。”