时间存在吗？

时间存在吗？你可能会对这个问题嗤之以鼻:“时间当然要存在！”不然闹钟不会一大早把我从床上拉起来，一节课不会上45分钟，爸爸妈妈不会老，我也不年轻了..."

的确，时间在流逝，我们需要承受它强加给我们的影响。那么，什么是“时间”？一个小时吗？早在4000年前，埃及人和巴比伦人就根据太阳在空中的运行轨迹将一天分为24小时，这实际上是地球自转造成的表面。

直到1960，1秒相当于平均太阳日的1/86400。但是，问题出现了:这意味着地球一直在匀速旋转。然而，事实并非如此。随着观测和测量技术的发展，天体物理学家认识到地球的自转速度不是恒定的。在月球引力的作用下，地球的自转速度平均每百年减慢0.00164秒。很小。

但是经过几个世纪的积累，一天会变得越来越长，每一秒的长度也会随之变化。请...你能想象1m久而久之变成1.01m，1kg变成1.2kg吗？绝对不行！为了准确的计量时间，1秒在任何时代都应该是1秒！物理学家开始寻找持续1秒的现象来解决问题。它必须是完全稳定的，与地球自转无关。于是，在20世纪60年代，1秒变成了“铯-133基态两个超细能级之间9192631770周期的辐射振荡”。

人们根据原子振荡来定义1秒的长度。激光激发的锶原子比目前官方标准的铯原子钟还要精确。

简单来说，就是...当你对一个原子施加能量，比如铯-133，它会立即吸收能量，并以电磁波的形式释放能量。这种电磁波可以看作是在水面上传播的一系列波，有波峰有波谷。好了，当你已经数完9192631770个波峰波谷的时候，1秒刚刚过去。鉴于原子不随时间改变特性，1秒的长度从此不变。

跟随原子的节奏

然而，这个定义能告诉我们时间到底是什么吗？我不能。举个例子，当我们用米尺测量一块木板的长度时，我们的眼睛可以直观地感知长度，然后才能得到数值。当我们谈论一件物品的质量时，我们清楚地知道，一件物品的质量取决于它的组成物质。

但是时间呢？看不见摸不着。那么我们在衡量什么呢？没什么。无论我们的参照物是地球的自转还是指针的自转，我们只是在不同的持续时间之间进行比较。如果洗碗时手表的分针移动1/6次，我们可以推断用了10分钟；如果午睡时太阳在天空中移动了15，这意味着我们已经睡了1个小时...每当我们午睡时，我们总是通过与另一项运动进行比较来评估一个动作的持续时间。

我们看到指针在动，所以我们说“时间到了”...但在物理学家看来，这显然是不够的。他们想“看见”时间，比如组成时间的基本粒子，就像他们已经捕捉到的希格斯玻色子一样。

由于质子碰撞在大型强子对撞机中观测到的希格斯玻色子候选事件:顶部的致密光子线圈实验显示衰变为两个光子的事件(黄色虚线和绿色实线)，底部的torus仪器实验显示衰变为四个μ子的事件(红色轨迹)。

只是物理学家越想确定时间，后者就越难以捉摸...“时间是不可预测的吗？为什么，至少有些概念对我们来说是确定的，比如过去、现在、未来……”你真的这么认为吗？现在来说说。所谓“现在”，就是你读到这两个字的那一刻，而这一刻似乎是放之四海而皆准的，对吧？但是你会发现事情并没有那么简单。

比如，你想知道“此刻海王星上正在发生什么”。这个问题很难准确回答。

这么说吧。假设人们在这颗距离太阳45亿公里的气态巨行星的卫星上建立了一个基地。驻扎在那里的朋友用超现代的Skype和你保持联系。你可以在他的房间里见他，只要他愿意。他也是。

时间的等式；时差

早上9点，你到了房间，打开电脑，想知道你的朋友们同时在做什么。在电脑屏幕上，你看到他坐在床上看书。得出的结论是，你开电脑的时候，你的朋友在看书。所以他一定也能看到你现在在做什么？同时，如果你的朋友放下书，坐在床上看着电脑，他会看到你来到电脑前吗？不。他会看到你的卧室是黑暗的。

光从地球到达海王星需要四个小时，所以你在地球上的海王星卫星上看到了你的朋友，那就是四个小时前的他。同样，他四小时前见过你！所谓的“现在”真的很难定义...

这很正常:现在是早上1，当然你在睡觉。1 am？没错，因为信息传递也需要时间，速度不能超过光速(略低于30万公里/秒)。这幅图像花了大约4个小时才走完从地球到海王星的距离。

所以，你上午9点看到的关于你朋友的图像，其实是4个小时前录制的。在你的电脑屏幕上，早上要花4个小时才能看到你的朋友在看你什么。两个4小时就是8小时的时差。太巧了！因为距离，三个不同的瞬间同时存在于所谓的“当下”。对于一个“显而易见”的概念来说，这已经够尴尬的了...

每个人都有自己的时间。

这还没完。距离不仅让我们无法定义一个* * *现在，而且不同星球上的时间长短也不一致！这是爱因斯坦的重要发现之一，在他的狭义相对论中有所论述。

如果你乘坐高速飞船绕月飞行，你会感觉到飞船上的时钟在正常运转。你在地球上的亲戚也有同样的感觉。只是...当你回到地球，他们会骂你:“我以为你说你只去三天。为什么去了一个星期！”"你抗议道:"不，我去了三天！"

怪事发生了！你拿出手表来证明，手表证明你没有胡说八道...对于你的亲人和你，时间都在正常流逝。但是，持续时间不一样。这是怎么回事？因为你的运动接近光速，手表不再同步。要理解这种奇怪的东西，只要读一读光子钟的内容，你就会发现真相并不神秘。况且看过《星际穿越》的读者已经知道有时间膨胀，这是电影中的一个重要设定。

在电影《星际穿越》中，主角库珀和布兰德在一颗接近黑洞的星球上停留了几分钟，然后回到了一艘遥远的飞船上。登上飞船后，他们发现同伴大了20多岁！时间的膨胀简直骇人听闻。但是这一次不是速度扰乱了时钟，而是重力启动了它。根据爱因斯坦的广义相对论，引力可以看作是空间和时间的扭曲。

因此，即使我们能够与海王星建立实时联系，仍然会因为行星的转速不同而造成时差。爱因斯坦曾经证明，两个相对运动的观察者不可能在“同时”这个概念上达成一致。

当然，狭义相对论的结果只有在接近光速的情况下才能被感知，而围绕太阳旋转的地球和海王星不属于这种情况。在实践中，我们可以在海王星和地球之间制造出一定的“同时性”，但这只是近似的，与物理学家眼中的正宗“同时性”相差甚远。

所以，所谓的巨型宇宙钟的存在，可以统一给仙女座星系(距离我们250万光年)和银河系计时，从而为每个人定义“过去”、“现在”和“未来”，这是美好的。

仙女座星系

没有宇宙时间，时间因人而异。只是在宇宙的一个小角落，在我们的地球上，相对论的作用微乎其微。我们有世界时真的存在的错觉，只是因为我们对这个问题研究的不够深入...

没有过去和未来的粒子。

刚才的太空之旅改变了你对时间的看法？别指望漫游到物质核心能带来更舒服的答案！原子核中的质子能听到时间的滴答声吗？不...时间的河流流过他们，就像水流过鸭毛，不留痕迹。质子不会老化。质子不会死。保守估计它的寿命是10 33年，比宇宙的年龄要长很多。围绕质子旋转的电子也是如此。它们是永恒的。时间不会影响他们。

质子夸克结构的简单示意图，每个单个夸克的颜色可以随意设置，但必须使用三种不同的颜色，并混合成白色。

好吧，说实话，这些都是例外。许多粒子的寿命从万亿分之一秒到几个小时不等，然后衰变为其他粒子或纯能量。啊！终于，有些事情看起来正常了...只是表面上。因为粒子和时间的关系有点活跃。他们很容易混淆“过去”和“未来”！想象一下倒放一部电影，你马上就能明白是怎么回事。

当物理学家观看他们最喜欢的“大片”之一——质子碰撞时，他们可以毫无困难地从结尾看到开头，从开头看到结尾。根据物理定律，只需要满足一个条件:倒放的电影要通过一个特殊的镜子来观看，这个镜子不仅可以反转图像，还可以反转它的量子特性，从而使它和正放的电影一模一样。

对我们来说，即使在镜子里，电影倒放也是看不懂的。但是在粒子物理领域，时间可以从两个不同的方向流逝。你会发现这个理论可以带我们走得很远。你听说过反物质吗？每个粒子都有其反物质:质量相同，但电荷(和其他量子属性)相反。反物质粒子就像粒子在“特殊”镜子中的反射。

虽然是《星际迷航》让反物质家喻户晓(柯克船长的“企业”号飞船使用反物质作为燃料)，但它实际上是存在的！

星际迷航海报

正电子作为电子的反粒子，已经被探测器多次探测到。但是，反物质和物质的一个特点就是不能存在。正电子和电子一旦相遇，就会消失，变成两个光子。

混乱的时代。

不过，这种“相遇”还有另外一种解释:电子遇到的是时间上逆行的光子，而不是正电子！整个过程就像两个粒子交换自己的行进路线。

逆行的光子然后沿着时间之河下行(这不会改变它的性质:一个光子是它自己的反粒子，无法区分一个时光倒流的光子和一个沿着时间之河下行的光子)，而电子开始沿着时间之河上行。在我们眼中，它是一个与电子质量相同的粒子，但所有的特性都刚好相反，也就是所谓的正电子，电子的反物质。

这个关于反物质的论述解释了为什么所有粒子都有自己的反粒子，质量相同，特性相反。因为每个粒子都可能撞上一个时光倒流的光子，所以也是逆时间而行。但你要明白，这只是对反物质的一种解释，甚至有些物理学家都觉得很荒谬。

随便啦。从纯数学的角度来看，当我们用方程来描述粒子和反粒子的相遇时，时间的流逝是没有偏差的，过去和未来没有任何意义。

面对如此奇怪的现象，一些物理学家甚至怀疑时间的存在！目前，物理学的一个主要焦点是调和广义相对论和量子力学。前者描述的是引力主导的宇宙，后者描述的是粒子世界。相对论对粒子一无所知，引力完全无视量子物理定律。因此，物理学家致力于发展一种能够实现微观物理和宏观物理统一的替代理论。

这是欧洲粒子物理研究所的大型强子对撞机拍摄的照片。两个铅核碰撞并产生放射出粒子束。这些粒子有的可以永远存在，有的可以时光倒流。

这一努力尚未成功，但一些想法似乎很有希望。其中之一就是圈量子引力理论。光看名字就知道有多复杂，不是三言两语能说清楚的。但是这个理论对时间的观点让我们感兴趣。很简单:时间不存在，只是一种错觉！

研究这一理论的科学家试图重写物理定律，并从他们的方程中删除时间变量T。到目前为止，没有迹象表明他们会失败。时间不多了...

巨大的幻觉？

时间，幻觉？很难相信，因为这种“错觉”让我们的生活井然有序。幻觉从何而来？一个简单的实验可以给我们一个提示...拿一个装满水的玻璃杯，往里面滴一滴墨水。起初，你可以在透明的液体中看到一滴墨水。墨水逐渐融化，很快，整杯水都变成了墨水的颜色。

墨滴最终完全溶解在水中。这时熵(水墨系统的混沌)达到了最大值。熵不会减弱，所以我们觉得“之前”和“之后”是有区别的，觉得时间过去了。

你可以重复这个实验10次，最终你会得到一杯稀释的墨水。从单个分子的角度来看，墨水没有“理由”混入水中。没有物理定律会强迫分子混合。但是，根据热力学第二定律，一个独立的系统(在这种情况下，是一个装有水和墨水的玻璃杯中的内容物)会自发地演化成一种平衡状态，这种状态更加稳定和无序。

用物理语言解释就是“熵”增加了。没听说过这个词吗？记住，“熵”指的是系统的混乱程度。没错混沌是可以测量的……也就是完整描述一个系统所需的信息量。信息越多，越混乱。

融化的冰——熵的经典例子

如果你的卧室只有一张床、一个衣柜和一张书桌，你可以很容易地向你的朋友描述卧室的布局。相反，如果床没铺好，臭袜子乱丢，书摊在书桌上，你应该提供更多的信息，让你的朋友对你的卧室有一个准确的印象。在后一种情况下，“熵”更高。

根据热力学定律，所有独立系统的熵都会自发增加。这给了时间一个“方向箭头”...单向箭头。没错熵可以让一些经历不可逆，可以定义过去和未来。例如，墨滴永远不会在水杯中重新聚集。

理论上，没有什么能阻止墨水分子重新聚合。但总体来说，墨水分子没有机会重新结合成墨滴。混合物总是比由两种不同物质组成的系统更难描述。重新聚集墨滴意味着降低系统中的熵，这是不可能的！真是闻所未闻。你可以清理你的卧室，减少卧室的熵。但是一旦介入，卧室就不再是一个独立的系统了。

你整理房间的努力也在释放能量和热能，从而增加了整个宇宙的熵。最终整体熵的增加会抵消局部熵的减少，两者不可分割。所有系统都在向混沌发展。古代文明的遗迹就是证明...

混乱不可避免。

你可能在不经意间注意到，熵的介入只是用来描述一个充满了各种粒子的复杂系统，但在单个粒子的层面上，熵已经没有了意义，于是粒子似乎逃脱了时间的魔掌。我们呢？作为一个复杂的系统，我们当然要承受熵的影响。

但是，你可能会问:一个鲜活的生命，就是一个小小的奇迹，它能把各种细胞和器官组织得有条不紊，跟混沌一点关系都没有！但是要注意，不要忘记熵的精确定义:熵的增加是针对独立系统的。如果一个有机体完全孤立，没有食物和呼吸气体，它就会死亡和分解...这难道不是混乱的征兆吗！

我们可以维持身体的秩序，因为我们不断地通过空气和食物获取能量。我们限制了身体内部的熵，却增加了整个宇宙的熵。我们的身体会不由自主地屈服，逐渐衰竭，直至死亡。熵最终战胜了肉体，迎来了胜利。我们感受到的时间不是时钟的滴答声，而是注定的挣扎:我们的身体无法对抗混沌。

寿山

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