關於“時間”這一課題的探討,我們日常的討論不僅限於學術領域,它也是生活中不可或缺的話題。這正是因為,在我們對宇宙萬物的理解中,時間這一概念似乎是根深蒂固的。讓我們從幾個基本問題著手,嘗試揭示時間的神秘面紗:
時間,是真實的存在還是概念的產物?
時間,是何方神聖?難道它僅僅是一種空間維度的延伸?
為何時間永遠向前,它是否能停滯甚至逆流?它與所謂的“熵”有著怎樣的交集?這對於我們所處的宇宙成長有著何種聯繫?
讓我們帶著這些困惑,一探時間之河的深淺!
究竟何為時間?真實之物還是思想之產物?
“時間”一詞,在我們的日常用語中頻頻出現,但我們鮮少深究其意義。我們談及往昔的美好時光,或談及兒時的無憂無慮。我們總說節省時間,抽空休息,時間緊迫,消磨時光等等。時間不等人,好在我們每人都享有時間的平等性,不分貧富貴賤。然而多數情況下,我們卻總抱怨時間的不充裕。
現在是幾點鐘?你抬腕看表,也許是下午兩點,又或者是四點?時間,它似乎既非實體,也非空間,那麼它是否是我們通過經驗而構建出的抽象概念?這問題雖簡單到足以由孩童提出,卻也是讓物理學泰鬥也為之困惑的提問。
時間的定義追溯至古希臘時代。古往今來,人們在時間的定義上進行了大量的思考。遠古時代,人們通過觀察日頭在天際的位置來標記時間。
古希臘哲學家柏拉圖在《蒂邁歐篇》中這樣說:
“時間是天體運動的週期。”
而後,亞里士多德在《物理學》第四卷中又定義為:
“時間是事物先後變化的量度。”
如此看來,時間一直是個令人頭疼的問題,儘管隨著科技的進步,我們對時間的理解也日漸深入,但我們對“時間究竟為何物?”這一問題的困惑依舊存在。愛因斯坦被問及時間時,他僅僅回答:
“時間就是時鐘所測量之物。”
這便是所謂的操作性定義,然而它似乎更像是一種規避。
那為何我們不能給時間下一個確切的定義呢?在科學界,這類情況並非孤例,諸多基本問題同樣困擾著我們,例如生物學家對生命定義的爭辯,宇宙學家對宇宙的範圍和起源的探討。
時間的定義之所以困難,或許是因為它已經在我們的經驗和思維模式中根深蒂固。時間將我們現在所處的“現在”與我們曾經擁有的“現在”聯繫起來,但同時,它也聯結著我們的未來,使我們能將過去和現在的經歷與未來聯繫起來。
在物理學家的眼中,時間是這樣的:事實上,時間是物理定義的一部分,這或許正是我們定義時間時感到困難的原因。以下是百科全書中對物理學的定義:
"物理學是研究物質及其在空間和時間中運動和行為的自然科學。"
可見,時間是物理學定義中的一環,甚至“運動”一詞也包含了時間的理念。實際上,物理學的根本工作是藉助過去去理解未來。若無時間,物理學的意義將不復存在。
時間,真的是一個維度嗎?
時間,作為一個因素,正是由於它的存在,我們當前的瞬間才會流逝為過去,我們也才能邁向未來。如果把我們的每一瞬間比作一張照片,我們會發現每個瞬間都是靜止的。如果沒有時間,我們的宇宙將凍結為無數無法改變或運動的瞬間。
然而,幸運的是,我們的宇宙遠比這有趣;它充滿運動和變化,在每一瞬間都有無數奇異的事情發生。因此,這些瞬間並非孤立存在。時間以兩種關鍵方式把它們串聯起來:
時間將這些瞬間串聯成鏈條,按一定的順序排列。如同將多張靜止的畫面連接成動畫。
時間將這些瞬間按序排列,使後一個瞬間依賴於前一個。這表示宇宙中的每個瞬間都取決於之前的狀態。這就是因果關係。例如,你不可能一會兒在沙發上看電視,一會兒又完成一場馬拉松。
大爆炸及其膨脹:是因果嗎?
這就是物理定律的運作方式,在觀察了現狀之後,它們會告訴我們接下來會發生什麼,因此物理學家們在不斷尋找宇宙的最初時刻,以推測大爆炸時的情形。
在物理學中,時間也被視為第四維度。
時間與空間,這一宇宙的另一基本成分,有著驚人的相似之處,兩者都可能為一個更大的統一體所包含。我們將時間之旅切割成靜止瞬間的邏輯,同樣可以應用於空間(比如,將一個固體切片得到一個平面,再將平面切片得到一條直線,再將直線切片得到一個點)。這引導我們去思考時間和空間密切聯繫的可能性。事實上,現代物理學已經將兩者合稱為時空。如同空間,時間也可以被視為我們能夠在其中移動的另一維度。
事實上,在所有運動中,時間都是一個基本的組成部分。物理學家更傾向於使用時空平面來描述運動。如果我們將時間視為第四維度(假設我們只有三個空間維度),那麼在數學上它會變得更為簡潔、清晰。
時間與空間的這種聯繫,並不意味著你可以將時間視為空間的一個維度,以及與之相關的所有屬性。你可以將時間和空間想像為芒果和橘子,它們都是水果,但味道卻截然不同。還有更多的謎團等待我們去探索,請繼續閱讀。
為何時間總是向前?它會暫停或倒流嗎?
設想時光逆流,你將返老還童,而不是日漸衰老,你將忘卻你的經歷,忘卻你所知的一切,最終在父母的注視中一閃而過。這就是科幻作家菲力浦·k·迪克在《時鐘世界》中對時間的描繪。但不幸的是,在我們的宇宙中這並不可能。時間的方向是物理學家們正在努力解答的又一難題。
我們能夠記住過去發生的事情,但卻無法記住未來將要發生的事情。時間似乎有其固有的流向。最基本的問題是:“時間為何向前行?”這個問題長期困擾著物理學家們。實際上,“時間向前”意味著什麼?
時間之箭的概念最早由路德維希·玻爾茲曼在1870年提出,他發現了一個叫作“熵”的東西。熵是無序度量的一種,它總是趨於增長。這就是熱力學第二定律:在這個宇宙中,熵隨時間增加而增加,使事物更加無序。例如,如果你把檔整齊地堆放在桌子上,然後離開,回來時你發現它們亂七八糟,你不必驚訝,也不必問這是誰乾的,這就是熵,宇宙的基本法則,所以下次有人打翻你的水杯,摔碎你的手機這種事,你也不必生氣,因為他也是順應宇宙的發展嘛!
熵是一個物理定律,它關注時間流逝的方式。然而許多過程,如氣體分子間相互碰撞的運動學定律,即使時間逆流,也能完美運作。但總體來說,它們遵循一個規律,即要求順序量隨時間遞減。因此,時間和熵有著緊密的聯繫。但我們不能說熵驅動時間流逝還是時間之箭導致熵增加。
即使我們接受時間流動是由於熵增加的觀點,那麼為何在大爆炸之前熵值如此之低呢?大爆炸之前沒有時間維度嗎?
很難相信,宇宙的秩序檔是整齊地堆放在宇宙初生之時。如此極端的秩序是如何在宇宙中實現的?
這確實很奇怪,不是嗎?但物理學家肖恩·卡羅爾卻持有不同觀點。他認為我們的宇宙是更大多元宇宙的一部分。比如,桌子上可以整齊地堆放檔(低熵)。但是那張桌子是房間的一部分,那個房間是一棟房子的一部分,那棟房子坐落在城市裡。因此,儘管桌子上的文件處於低熵狀態,整個城市卻處於高熵狀態。通過這種思路,肖恩·卡羅爾暗示大爆炸並不是起點。如果這是正確的,那麼問題就變成了“為何宇宙的一部分會經歷低熵狀態?”這個問題可能更易解答。
因此,肖恩·卡羅爾提出了一個不同的宇宙模型。他假設了一個靜態宇宙(或者更確切地說,一個多元宇宙),在那裡時間之箭並不存在。未來與過去並無爭端,一切皆平等。從那個靜止的宇宙中,不同的小宇宙爆炸,並向不同的時間方向運動。沒有時間存在的靜止宇宙中,怎會發生任何事情?對此,肖恩·卡羅爾認為,在宇宙中發生的事件沒有因果關係,沒有進步,沒有記憶,沒有衰老,新陳代謝等。只有隨機波動。就像在量子力學中,事情偶爾會發生。
假如時間之矢是熱力學第二定律的產物,即熵的增減,我們或許可以推測一番。當宇宙熵值達到巔峰,會是怎樣一幅景象?彼時,宇宙將淪為混沌的舞臺,秩序無處可尋,平衡成為唯一主宰。在這樣的情境下,
時間要麼戛然而止,要麼變得毫無意義。
諸多哲學家揣摩著這樣一個時刻,時間或許會逆轉其軸線,熵步步遞減,宇宙又會向著原始的奇點收縮。但這樣的預言,更多地歸屬於猜想,而非科學的預見。對於那個遙遠的未來,我們所知寥寥。
儘管我們無法精準地描繪時間的輪廓,你卻能切身地感受它,因為你能感受到工作日的流轉,能歡呼著假期的到來。時間,是生活不可或缺的旋律,也是宇宙奇妙的構成部分。物理大師們正不懈探索時間這一難解的謎題。我們無法凍結時間以供細查,也不能對歷史
的瞬間進行反覆的時光檢驗。然而,正如人性中那份對未知的渴求一般,探索智慧的腳步從未停歇。“時間,它是何物?”這個問題似乎永無終結,時間的奧秘,還藏著無數令人驚歎的層面,待我們去揭露。這是一場未完的對話,是一次對存在的探微。