時間之謎！牛頓、亞里士多德解不開的謎團！愛因斯坦：時間是人類的幻覺

大家好 我是扶搖 歡迎和我一起探索未解之謎 我們今天來談一談時間的奧祕 在平常繁忙的生活當中 我們常常聽到身邊的人催促我們 快一點再晚時間就來不及了 也有人說 唉 我好忙啊 時間都不夠用了 誒 我們今天就來說說看 這個時間到底是什麼 是早上太陽升起 晚上日落西山的變化嗎 還是鐘錶上秒針一格一格的運動呢 通常來說 我們都認為時間是一個很簡單 很基礎的東西 均勻的流逝 從過去流向未來 還可以用鐘錶測量出來 如果我們今天說 時間的概念其實並不存在 時間只是人的幻覺 您會相信嗎 時間是什麼 目前大家熟知的 第一個提出這個問題的人 是古希臘著名的科學家和哲學家亞裏士多德 他在自己的著作《物理學》當中 提出了西方思想史上最早的經典時間觀 簡單來說 就是時間是對變化的量度 舉個例子 有人早上出門 兩個小時之後回家了 而這兩個小時 就是出門與回家之間 所產生一個變化的量度 或許有朋友要問了 那按照亞裏士多德的說法 如果一切都不運動 不發生改變 那時間是不是就停滯了呢 就不存在了吧 如果亞裏士多德可以聽到大家的問題 他會回答 是的 可是大家又要問了 那為什麼當我們晚上關閉了所有燈光 躺在牀上 一動不動準備睡覺的時候 還是可以感受到時間在流逝呢 亞裏士多德也思考過這個問題 他在《物理學》這本書中就這麼寫道 如果周圍一團漆黑 身體幾乎什麼都感覺不到 但心裡有些想法在改變 我們仍然會認為時間在流逝 也就是說 雖然外在看上去一切靜止 可是我們內心的變化 思想的變化 其實也是一種運動 如果一切都不運動 那麼就沒有時間了 因為時間僅僅是某一種運動的一種記錄 說到這兒 或許有人會覺得亞裏士多德的想法有些奇怪 這個可以理解 這是因為我們在學校中 接受了現代物理學中的牛頓時間觀 這又是什麼呢 牛頓大家都是耳中能詳了 他是現代自然科學的奠基人之一 也被譽為近代科學之父 牛頓認為世界上存在著真實的時間 這個時間無論如何 它都會流逝 它獨立於事物之外 也獨立於事物的變化之外 就算所有的物體保持不動 甚至我們靈魂的活動都凝滯了 這種時間仍然會流逝 不受任何的影響 牛頓在《物理方程式》中 用字母T來表示時間 他假設 時間T是獨立於事物的 是實實在在存在的 是均勻線性流逝的實體 幾個世紀以來 在以牛頓模型為基礎 發展出的現代物理學當中 科學家們用各種物理公式來描述世界 而這些公式中都包含了T 雖然很多人目前都已經把 時間是獨立的 均勻的這個觀點 當作是一種常識了 可是對於人類而言 它並不是一個自古就有的 很自然的直覺 實際上 大多數的哲學家 並不是太認可牛頓的這個觀點 德國著名的哲學家 數學家萊布尼茨 就相當反對牛頓的時間觀 據說 萊布尼茨的名字 原本是寫作 L-E-I-B-N-I-T-Z 中間有一個T 為了表示他不相信 牛頓的絕對時間T 他硬是把自己名字中 這個T給踢了出去 所以呢 後來他的名字就成了 L-E-I-B-N-I-Z 這科學家之間的故事 也是挺有意思的 亞裏士多德 牛頓 這兩個時代的巨人 都對於時間這個話題 給出了自己不同的觀點 人們夾在這兩個巨人中間 思考著思考著 誰的觀點纔是真理呢 突然 另一個具有劃時代意義的 科學巨匠 帶著自己的理論出現了 他就是愛因斯坦 和他的相對論 愛因斯坦的說法 更讓人迷糊了 他告訴大家 時間是幻覺 人們對於過去 現在 和未來之間的區別 只是一種錯覺 儘管是一種持久的錯覺 這個說法可有點太前衛了 很多人都接受不了 那麼這該怎麼理解呢 在談這個之前 我們可以先說一個事兒 之後我們再回到這個話題 應該就比較好理解了 這也是一個 曾經讓好些個物理學家 百思不得其解的迷思 光速不變 什麼意思呢 我們一般知道 速度是相對的 比如說 一個人坐在每秒50米的火車上 火車上有一個皮球 正在以每秒3米的速度在滾動著 在火車上的人眼中 這個皮球的速度是每秒3米 可是人要是站在月臺上 再看這個皮球 速度就要疊加上火車的速度 也就是說每秒53米 於是很多人就想當然的覺得 光速也是如此 然而1887年 美國的物理學家 麥克爾森和莫雷進行了一個實驗 給大家帶來了意想不到的結果 這個實驗被後人稱為 麥克爾森-莫雷實驗 他們在實驗中發現說 不論地球運動的方向 和光射出的方向是一致的 或者是相反的 測算出來的光速永遠是相同的 也就是說光速不變 按照這個結果 如果將上面火車粒子中的皮球 換成一個光子球 就意味著 無論是火車上的人 還是月臺上的人 他們看到這個光子球的速度 都是每秒3米的速度 麥克爾森-莫雷實驗做了幾十年 實驗的環境和條件改變了很多次 但是結論永遠是一樣的 可是 這怎麼可能呢 好 現在終於輪到愛因斯坦出馬 來為大家解謎了 愛因斯坦認為 在這個世界上 根本就不存在絕對的時間 也不存在絕對的空間 他提出了一個時空統一理論 也就是說 時間與空間是一體的 叫做時空 我們不能光說時間如何如何 或者是空間如何如何 而應該說時空如何如何 物理學家把構成世界的物質叫做場 比如說有什麼溫度場 電磁場 而時空就是引力場 引力場和世界上的其它物質 並沒有什麼區別 它們都是場 世界是一個多個場的疊加 引力場是其中的一層 和其它場一樣 它既不是絕對的 也不是均勻的 固定的 它可以彎曲 伸展 還會和其它場相互作用 按照這個說法 引力場 也就是時空 可以像平面一樣的平滑 而這就是我們所熟知的 牛頓所描述的版本 但是 場也可以波動起伏 科學界所提到的引力波就是如此 這樣光速不變的迷思就解決了 光速不變是因為時間在變 那麼時間的變化有沒有什麼規律呢 這就不得不提到愛因斯坦的相對論了 愛因斯坦的相對論包括狹義相對論和廣義相對論 這兩個理論 根據狹義相對論 高速移動物體的時間流逝 比靜止物體的時間流逝要慢 而廣義相對論則是說 處於強引力場的物體時間流逝的比弱引力場的要慢 也就是說 站在地上的人頭部時間的流逝 要比腳下的時間流逝要快一些 因為頭離地遠 比起腳呢 引力場要弱一些 這樣說來 時常倒立的話 可以美容美顏這個說法 還真的是挺有科學依據的 那麼愛因斯坦說的到底對不對呢 我們來看幾個經典的例子 1971年 就有這麼兩位較真兒的科學家 做了一個實驗 這是約瑟夫·哈菲爾和理查德·基廷 用幾臺色原子鐘做了一個實驗 這個色原子鐘是以原子核的標準頻率來計算 以及保持時間的準確度的 國際計量局在2020年給出的報告說 德國的某一種色原子鐘 在1億8千7百萬年的時間裡的誤差 是1.7乘以10的-16次方 這連一秒都不到 所以用它來做實驗 衡量時間是否變化了 也就非常可靠了 好 我們回到實驗 哈菲爾和基廷把兩個色原子鐘 分別放在了兩架商務客機上 一個往東邊飛 一個往西邊飛 並和另外一個原子鐘進行對比 這個是放在美國的海軍天文臺 之所以要一個向東 一個向西 意思是說 讓順著地球自轉方向的飛機 獲得更快的相對速度 而逆著地球自轉的飛機 自然來說相對速度就會慢一些 這樣兩個飛機之間的速度差距就會變大 實驗結果的差別也就更明顯了 我們之前說 按照廣義相對論 引力場弱的地方時間會變快 按照狹義相對論 速度快的物體時間會變慢 飛機上的原子鐘處於高空 高速 而天文臺的原子鐘 是在地面的 是靜止的 所以愛因斯坦的兩個相對論的因素 就需要都加進去 實驗結果怎麼樣呢 往東飛行的飛機上的原子鐘 比地面上的慢了59納秒 而往西飛行的飛機上的原子鐘 比地面上的快了273納秒 愛因斯坦的廣義相對論和狹義相對論 同時得到了驗證 其實就連我們現在使用的GPS定位系統 也是需要每天根據相對論進行時鐘校對的 否則 衛星上的原子鐘 每天會比地面的時間快38微秒 大家別覺得這好像也沒差多少 不是的 如果我們考慮到 GPS系統要求納秒級的時間精度 這個誤差可就非常可觀了 38微秒等於是38000納秒 如果不加以校正的話 GPS系統每天就會累積 大約10公里的定位誤差 2015年 美國宇航局做了一項特別的生命探索實驗 找來了一對雙胞胎 宇航員斯科特·凱利和他的哥哥馬克·凱利 他們兄弟兩個是同卵雙胞胎 所以擁有相同的基因組 美國宇航局將斯科特送上了太空 在國際空間站待了340天 而哥哥則是留在了地球上 等著斯科特回來之後 對比兩個人基因的變化 以研究太空生活對人體的影響 大家看看美國宇航局公佈的照片 會不會覺得上了太空 在高速環繞地球飛行環境下生活的斯科特 看上去會更年輕呢 不過 因為美國宇航局沒有公佈他們兩個人 在參加實驗之前的照片 所以我們也說不準 斯科特是不是原本就看上去會更年輕一點呢 但是美國宇航局的研究卻是切切實實的證明 斯科特比馬克衰老的要慢一些了 怎麼回事呢 原來美國宇航局在做基因檢測的時候發現 斯科特在上太空期間 身體衰老的速度出現了顯著的減緩 這是因為位於染色體末端的端粒 縮短的速度變慢了 這個端粒又是個什麼東西呢 端粒是存在於細胞染色體末端的一小段DNA 它的作用是避免染色體受損 但是隨著人的年齡增長 端粒會變短 細胞隨之逐漸的老化死亡 而在這次雙胞胎太空實驗當中 斯科特的端粒縮短速度變慢了 而馬克的端粒卻還是在以正常的速度持續衰老 不過 當凱利回到地球之後 他的端粒很快又恢復到正常的縮短速度了 中國有一句話說 天上方一日 地上一千年 就是說 在不同的方位 時空 時間的變化 速度是完全不同的 可能天上剛過去了一天 但是在我們地球上 都已經經歷了一個文明的興衰了 看來 我們祖先的智慧已經趕超今天的科學研究了呀 基於愛因斯坦的相對論 以及時空統一的思維宇宙觀 2015年 美國麻省理工學院哲學教授 弗拉德福·史高提出了一個快宇宙的理論 這個理論認為說 既然按照愛因斯坦的時間統一理論 時間和空間不可分割 都是一維時間加三維空間 這樣一個思維宇宙的一部分 那麼 在這其中所發生的所有事情 都在時空中有著自己的座標 快宇宙是絕對靜止的 在四維時空中靜止 沒有什麼時間的流逝 也沒有什麼兜轉星移 世界就是靜止的一塊 時間軸上每一個時間點 對應著一個三維空間 在那個瞬間的影像 整個快宇宙就是由無數個 這樣的三維空間影像所構成的 如果我們能夠跳出來看快宇宙的話 就如同我們在這個世界看電影一樣 你能夠選擇任何一個時間點 來觀看當時所發生的事 既然說到看電影了 大家都知道 按下播放鍵之後 電影就會順著時間不斷的播放 那麼放快宇宙理論當中 應該也有這個對應的播放鍵一樣的東西 讓我們的人類感受到時間不可逆的流逝 麻省理工學院的物理學家 哲學家馬克斯·泰格馬克 和英國的物理學家朱利安巴伯認為說 這個開關就是我們的大腦 時間流逝是我們大腦的錯覺 大腦的神經元結構 讓我們對過去擁有記憶 但是我們不知道未來會發生什麼 所以記憶才會讓人們產生了 時間有在流逝的概念 讓我們以為一切都是從過去到現在 之後再到未來 如果宇宙真是這樣的話 如何纔能夠超脫幻覺 看到過去 現在和未來呢 現在的科學水平還做不到 那麼有誰可以做到嗎 古印度時期 波斯帝王的次子琉璃王在篡位之後 他決定攻打迦毗羅魏國 消滅釋迦佛的親族 釋迦佛連續三次坐在軍隊的必經之路上 勸阻琉璃王 第三次的時候 還出現了飛龍金鳳擋住去路 琉璃王在感動懼怕之下班師回國 然而 架不住寧臣的慫恿 琉璃王第四次出兵 這一次 釋迦佛沒有再阻止 最後 釋迦族被滅了 釋迦佛的弟子穆劍連就問釋迦佛其中的因由 釋迦佛開示道 很久以前 琉璃王曾經是水裡的魚王 統治著河裡的魚 鱉 蝦 蟹 住在河邊的人都喜歡吃魚 在把所有的魚吃完之後 還撈起了體型龐大的魚王 當時一共有500人一起吃了魚王的肉 釋迦佛的種族 就是當時吃魚的這些人 那個時候 釋迦佛還是一個小孩子 他沒有吃魚 但是出於好奇 曾經在魚王的腦袋上打了三下 後來 釋迦牟尼成佛之後 就是為此還頭痛了三天 而魚王轉生了琉璃王之後 要滅掉釋迦族也是因為這個原因 至於琉璃王的下場 釋迦佛也有說法 在屠城之後 釋迦佛預言說 七日之後 琉璃王和他的軍隊必會被滅 果然 七日之後 忽然天降暴風雨 水漫都城 琉璃王和他的國家徹底滅亡了 按照佛家的說法 修行覺悟的人 就能夠洞悉一切因緣 能夠觀察到過去 現在和未來 不過 佛陀並不是用現在的那些研究和理論而得知的 那是我們現在的人類無論如何都做不到的 這樣說來 佛陀是不是最偉大的科學家呢 好了 我們今天就和大家分享到這 未解之謎 我是扶搖 我們下次見