從恆星到宇宙：有沒有比“年”更好的時間尺度？

關於宇宙,我們始終會提出一些直指現實本質的終極問題。 這些問題困擾了人類幾乎整個文明史, 也是最讓人抓耳撓腮的謎題之一。 比如,宇宙究竟是什麼? 它有多大? 它是永恆存在的? 還是在某個時刻突然誕生的? 如果真有一個起點,那又是在什麼時候? 在很長一段時間裏,這些問題都屬於哲學層面的思辨。 但令人驚訝的是,在過去短短一百多年裏, 科學已經給出了相當明確的答案。 我們如今知道宇宙是什麼, 我們也知道可觀測宇宙的直徑大約是920億光年, 而那個開啓了我們所知宇宙演化進程的事件赤熱的大爆炸, 發生在138億年前, 而且這些數值的不確定性已經被壓縮到了大約1%左右。 然而,這裏就出現了一個耐人尋味的問題, 在所有可能的時間和距離度量方式中, 我們爲什麼偏偏要使用年和光年這樣高度地球中心化的單位, 難道就沒有一種更可觀、更樸實、 也更符合宇宙尺度的衡量方式嗎? 直覺上看,答案顯然是肯定的。 那麼問題來了,爲什麼在宇宙學計算中, 無論是宇宙的年齡還是宇宙的尺度,我們仍然要依賴? 年這樣一個季地方化,有明顯不夠格的時間參數, 年這個單位的定義極其狹窄, 它本質上只和地球繞太陽公轉有關, 而更諷刺的是,這種定義方式在宇宙誕生後的前70%時間裏, 甚至根本不存在任何物理意義上的基礎, 而我們常用的光年看似宏大, 其實同樣深度綁定在年這個本就侷限的概念之上。 這些質疑都非常合理,也完全值得我們認真對待。 更重要的是,它們迫使我們去思考一個問題, 是否存在更不隨意、更宇宙本位的方式來定義時間。 接下來,我們就從物理學的角度出發, 看看科學家究竟是如何真正衡量宇宙時間的。 在地球上,理解時間流逝的概念實際上只有兩種方法, 這兩種方法都利用了對人類活動乃至所有生物活動都至關重要的現象的規律性重複。 在較短的時間尺度上,我們有天的概念,這很重要, 原因包括它們標誌着日出和日落, 它們大致對應於地球繞起軸心的一次完整自轉, 它們對應於大多數植物和動物經歷活動和休眠的時期, 所有這些現象以及更多現象都會在第二天重複出現。 與此同時,在更長的時間尺度上, 我們很明顯地看到連續兩天之間存在顯著差異, 而這些差異如果等待足夠長的時間也會重複出現。 在一年中,日子會以多種方式發生變化, 包括日出和日落時間提前或推遲, 白晝時長增加或減少, 太陽在地平線上的高度達到最大值, 然後降至最小值並最終回到原來的位置。 季節循環變化,植物、動物和其他生物的活動也隨之發生變化, 每年,這些週期都會以極小的變化重複出現。 基於此, 我們很容易理解爲什麼我們會建立一套 以天和年等概念爲基礎的記事系統, 因爲我們在地球上的活動與這些週期性現象密切相關, 但仔細觀察就會發現, 由於各種原因, 我們目前在地球上所經歷的天和年的概念 並不太適合作爲衡量時間流逝的通用準則。 首先,地球上的一天時常在地球歷史進程中發生的顯著變化, 由於月球、地球和太陽之間的相互作用, 潮汐摩擦現象導致地球自轉速度減慢, 一天的時間變長,同時月球也逐漸遠離地球。 大約40億年前,地球上的一天只有6到8個小時, 一年有超過1000天。 然而,一年,即地球繞太陽公轉一週所需的時間, 在太陽系的歷史中變化不大, 影響最大的因素是太陽質量的變化, 太陽在其生命週期中已經損失了相當於土星質量的物質, 這使得地球與太陽之間的距離略微增加, 並導致地球的公轉速度隨着時間的推移略微減慢, 這導致一年時間變長,但變化幅度很小, 大約萬分之二。 這意味着從太陽系形成之初到現在, 一年大約延長了兩個小時。 儘管我們的太陽系中存在着各種複雜的宇宙物理現象, 但顯然,一年的時長可能是我們用來將時間劑量 與地球聯繫起來的最穩定的宏觀特徵, 由於光速是一個已知且可測量的常數, 因此光年便成爲一個派生的距離單位, 並且其數值隨時間的變化也非常小, 在數十億年的時間裏, 它的穩定性高達約99.98%。 我們有時使用的另一個主要定義, 雖然是間接的, 但也基於地球繞太陽公轉一週構成一年的定義, 即秒差距。 它並非僅僅基於時間, 而是基於天文角度和三角穴。 當地球繞太陽運行時, 相對於彼此靜止的恆星的時位置會發生變化, 這就像你只睜一隻眼, 然後換另一隻眼, 近處的物體相對於遠處背景物體的位置會發生偏移一樣。 在天文學中, 我們稱這種現象爲視差, 我們使用的不是兩隻眼睛之間的距離, 而是地球相對於太陽位置的最大距離, 即地球軌道的直徑約爲三億公里。 如果一個物體相對於遙遠的背景物體發生一角秒的視差位移, 那麼它的距離就被定義爲一秒差距, 約爲3.26光年。 但是, 我們爲什麼要將我們對時間的定義與一個星系中 一顆行星圍繞其母恆星的任意運動聯繫起來呢? 這種定義既不客觀, 也不絕對, 而且除了我們以地球爲中心的利益之外, 它沒有任何實際用途。 無論是天還是年, 都不能作爲普遍適用的時間單位, 同樣, 光年和秒差距也不能作爲普遍適用的距離單位。 有趣的是, 確實存在一些基於更客觀的物理量來定義時間的方法, 而且這些方法不會像以地球爲中心的定義那樣存在同樣的缺陷, 但是, 我們也有充分的理由不使用這些時間單位, 因爲每一種方法都有其自身的優缺點, 無論你是支持還是反對使用它們, 以下是一些可供考慮的方案, 你可以自行判斷它們是否比我們目前採用的基於年份的時間系統更好或更差。 依普朗克時間, 您是否正在尋找一種不依賴於宇宙中任何其他事物, 僅取決於基本常數的定義? 那麼, 您不妨考慮一下普朗克時間, 如果我們選取三個最基本, 可測量的自然常數, 萬有引力常數計, 光速c, 以及量, 子常數, 那麼就可以將它們組合起來, 得到一個基本的時間單位, 只需計算的平方根, 您就會得到一個所有觀察者都能認同的時間, 5.4×10⁻±43s。 儘管這個時間尺度對應着一個有趣的尺度, 在這個尺度上, 物理定律失效, 因爲在這個尺度上的量子掌握不會產生粒子, 反粒子對, 而是會產生黑洞, 但問題在於, 沒有任何物理過程對應於這個時間尺度, 它簡直小得令人難以置信, 使用它意味着我們需要 天文數字般的普朗克時間 才能描述哪怕是亞原子過程, 例如, 鼎夸克是目前已知壽命最短的亞原子粒子, 其衰貶時間約爲失的18次方個普朗克時間, 一年大約相當於失的51次方個普朗克時間, 這種選擇本身並沒有什麼錯誤, 但它顯然不符合直覺。 二一種基於光的測量方法, 類似於原子鐘, 這裏有一個有趣的事實, 所有時間, 質量和距離的定義都是完全任意的, 一秒, 一克, 一千克或一米本身並沒有什麼特別的意義, 我們只是選擇了這些數值作爲我們日常生活中使用的標準, 然而, 我們確實有辦法將這些選定的量相互關聯起來, 通過我們用來定義普朗克時間的那三個基本常數計C和, 例如, 如果你定義了時間或距離, 光速就會告訴你另一個量, 那麼, 爲什麼不選擇特定的原子躍遷, 電子從一個能級躍遷到另一個能級, 併發出特定頻率和波長的光來定義時間和距離呢? 頻率只是時間的倒數, 所以你可以通過測量一個波長的光通過所需的時間來推導出時間單位, 並通過一個波長的長度來定義距離, 這就是原子中的工作原理, 也是我們用來定義秒和米的過程。 但是, 這仍然是一個任意的定義, 而且大多數躍遷速度太快, 時間間隔太短, 不適合日常使用。 例如, 現代對秒的定義是, 測133原子超經濟結構發射的一個光子在真空中經歷9192631770個波長所需的時間。 所以, 如果你不喜歡用年或光年來衡量時間, 只需將以這些單位測量的任何數值乘以略小於三乘式的17次方的數, 就能得到基於這個新定義的數值。 然而, 除了最快的亞原子過程之外, 你最終得到的數字都將是天文數字, 這對我們大多數人來說有點麻煩。 3.哈勃時間 如果我們反其道而行之, 不使用原子量子特性的微小量, 而是轉向宇宙尺度呢? 例如, 宇宙以特定的速率膨脹, 宇宙的膨脹速率通常被稱爲哈勃參數或哈勃常數。 雖然我們通常將其表示爲單位距離的速度, 例如每百萬秒差距71公里每秒, 但它也可以簡單地表示爲時間的倒數, 2.3×-18次方秒的-1次方。 如果我們將其取倒數並轉換爲時間, 我們得到一個哈勃時間, 等於4.3×17次方秒, 大約等於宇宙自大爆炸以來的年齡。 如果我們用光速來計算距離, 我們得到一個哈勃距離是1.3×26次方米, 或大約137億光年, 這大約是到宇宙世界邊緣距離的30%。 嘿,這看起來相當不錯, 突然之間,我們可以使用與真正宇宙尺度相當的距離尺度和時間尺度了。 不幸的是,這樣做存在一個很大的問題, 哈勃常數並非隨時間保持不變, 而是隨着宇宙年齡的增長而持續且複雜地下降, 取決於宇宙所有不同組成部分的相對能量密度。 這是一個有趣的想法, 但我們必須爲宇宙中的每個觀測者重新定義距離和時間, 這取決於他們自熱大爆炸開始以來所經歷的時間。 四氫原子的自旋翻轉躍遷, 你可能會對我們迄今爲止試圖找到更好的時間定義, 卻在宇宙尺度上適得其反感到沮喪。 但有一個可能性值得考慮, 宇宙中最常見的量子躍遷, 你看,當形成中性氫原子時, 電子會與原子核結合, 而原子核幾乎總是隻有一個裸露的質子, 當電子達到基態時, 它相對於質子有兩種可能的構性, 要麼電子和質子的量子自旋方向相反, 一個自旋爲加二分之一, 另一個爲負二分之一, 要麼電子和質子的量子自旋方向相同, 兩者都爲加二分之一或都爲負二分之一, 如果自旋方向相反, 那麼這就是真正的最低能量狀態, 但如果自旋方向相同, 電子的自旋就有一定的概率會發生自發翻轉, 併發出一個特定頻率的光子, 1412045751.77赫茲, 但這並不是最有趣的部分, 因爲對這個頻率進行計算, 可以得到大約0.7納秒的時間和大約21釐米的長度, 有趣的是,這種躍遷速率極其緩慢, 2.9×10-15次方秒的負一次方, 如果我們將它轉, 換爲宇宙時間尺度和宇宙長度尺度, 我們得到大約1090萬年和1090萬光年, 相當於大約3.3兆秒差距, 在我個人所知的所有自然基本常數中, 這是最常見的一個, 它可以爲我們提供比年和光年更優越的宇宙時間尺度和距離尺度, 適用於整個宇宙。 然而,最重要的一點是, 我們選擇的時間定義是任意的, 對於我們得到的關於持續時間或距離的物理答案來說並不重要, 只要我們始終保持一致, 及時間間隔的定義在宇宙歷史中保持不變, 所有這些答案都是等效的。 那麼,我們不同的時間定義之間究竟存在什麼主要區別呢? 最終,區別在於我們人類理解和解釋這些數字的能力。 在天文學文獻中, 你可能會遇到以年爲單位的時間, 以及以天文單位,秒差距,千秒差距, 百萬秒差距或十億秒差距爲單位的距離, 具體取決於我們討論的是太陽系, 恆星,星系,星系紀還是宇宙尺度的距離。 但由於我們人類對年這個概念有着相當直觀的理解, 所以我們只需稱以光速即可得到以光年爲單位的距離, 並以此爲基礎進行計算。 這並非唯一的選擇, 但卻是迄今爲止最常用的方法。 或許在遙遠的未來,人類將不再侷限於地球, 當我們離開我們的家園時, 我們最終也可能會擺脫這些以地球爲中心的單位。 破曉時分,曙光照進了古老的洞穴, 喚醒了我們的祖先。 在甦醒之後,它產生了一種似曾相識的感覺, 也許在那恍惚的時刻, 那種新奇的意識讓它頓悟到了自然界固有的週期性, 太陽又再次升起了。 從數千年前的那一天起, 人類開啓了對時間永恆的追求。 在今天,如果想要知道時間, 我們只需查看一下智能手機上的時間, 手機與網絡同步, 網絡又與一個原子鐘同步。 最終,我們所讀取的時間是極其精確的。 事實上,如果用現有的最好的原子鐘 從宇宙誕生之初就開始計時到現在, 最終的計時誤差也不過半秒。 然而,即便如此,我們仍需謙卑地承認, 我們並不知道我們所衡量的時間 是自然的物理定律所固有的實體 還是人類創造的虛構之物。 我們對時間流動的理解 始於對自然界中可觀測週期間的相互關係的理解。 在人類的歷史進程中, 思想家、哲學家和科學家依據我們的所看與所測提出了有關時間的理論。 一萬多年前,最早的一批農民利用星座的週期性來預測季節, 安排滿月之夜進行夜間工作。 到了約公元前一千五百年, 對自然週期的更精細追求激發了人們建造出日軌和水鍾等儀器。 現代詩中普遍具有的圓形錶盤就承自日軌。 生活在公元前四世紀的柏拉圖認爲, 我們是一個攪動時間的巨大機器的一部分, 當行星的結構恢復到最初狀態時, 一切都會重新開始。 但是,這種時間循環的觀點至今仍有它的追隨者。 一些現代宇宙學家也認爲,宇宙有一個循環的命運, 它會經歷反覆的膨脹和收縮週期, 而目前我們正處於加速膨脹的階段。 然而,柏拉圖的學生亞里士多德對時間具有不同的看法。 他把時間是作爲一種運動屬性,是對變化的一種度量。 對他而言,時間不是獨立存在的。 他把時間稱爲連續運動的技術或相比於之前與之後的變化次數。 他認爲,由於時間本質上是對變化的度量, 因此它需要一個能夠對運動進行編號的能力存在。 與此同時,他還質疑時間的真實性。 如果時間是由兩種被虛無分開的不存在構成的, 那麼我們怎麼能說時間真的存在呢? 其實,自公元前六世紀起, 時間是一種幻覺這種想法就成了佛教哲學中的一個共同主題。 在現代科學時代,自從約翰、惠勒和布萊斯、 德韋特在1967年提出惠勒·德韋特方程以來, 一些物理學家開始相信時間可能並非自然的基本現象, 而是一種湧現現象。 因此,那些將我們引領到今天這一步的科學思想, 是值得被追溯與探究的。 我們通常將現代科學的第一次重大飛躍 歸功於意大利物理學家和數學家伽利略·伽利萊。 伽利略在彼薩大教堂中觀察青銅吊燈的擺動, 並將它的週期性運動與自己脈搏的規律跳動做比較, 從而開啓了他對時間的研究。 伽利略意識到, 吊燈完成一次搖擺所出現的脈搏波動次數 並沒有隨吊燈運動的減弱而減少, 而是幾乎保持不變。 這是一項非常重要的發現, 時間流動的科學從那刻開始發生變化。 17世紀末, 荷蘭發明家克里斯蒂安·惠更斯運用伽利略的發現 發明了擺鐘。 隨着時間的推移, 時鐘的精確程度開始允許分針出現在鐘面之上。 在一段漫長的歲月裏, 擺鐘一直是最精確的時間測量器, 但擺鐘無法用於搖晃的船隻甲板上, 因此我們又發展出了航海用的計時器。 這些便攜、精確的計時器 加速了大航海時代和殖民時代。 大約就在那時, 牛頓觀察到了蘋果的下落。 他在《自然哲學的數學原理》 開篇的註釋寫下了他對時間的觀點, 絕對的、真實的和數學的時間 就其自身及其本質而言是永遠均勻流動的, 它不依賴於任何外界事物, 因此也就不涉及時間的任何變化或測量方法。 他認爲絕對時間是可測量卻無法察覺的, 只能通過數學纔可真正理解。 以爲的絕對時間和宇宙的三維幾何 是客觀現實的獨立而分離的兩個方面, 在絕對時間的任何一點上, 宇宙中的所有事件都是同時發生的。 到了二十世紀初, 愛因斯坦在《狹義相對論》中 將同時性的概念從牛頓學說的基礎上推翻。 根據相對論, 同時性並非事件之間的絕對關係, 在一個參照系中同時存在的東西, 在另一個參照系中未必同時存在。 按照愛因斯坦的說法, 宇宙中不存在一個單獨的記事源, 事件發生的精確時間取決於一個人 相對於所觀測事物的精確位置。 爲了理解同時性的相對性, 我們可以思考這樣一個例子。 想象有一輛高速行駛的火車經過一個站臺, 一位觀察者坐在火車車廂之中, 另一位觀察者站在站臺上。 就在兩個觀察者擦肩而過時, 一道閃光從車廂的正中央發出。 對於火車上的觀察者來說, 火車的前後與光源的距離是固定的, 因此對他來說光線會同時到達車頭和車尾。 另一方面, 對於站在站臺上的觀察者而言, 車尾正朝着閃光發出的點移動, 而車頭則朝着遠離光源的方向移動。 由於光速是一個有限值, 而且對於所有的觀察者來說, 它在各個方向上都是一樣的, 所以朝向列車後部的光所要覆蓋的距離 要比朝向列車前方的光更短。 因此,閃光會在不同的時間擊中火車車廂的兩端。 這樣一來, 對火車車廂內的觀察者來說, 同時發生的閃光對車外的觀察者來說 並不是同時發生的。 對於以不同速度運動的觀察者來說, 觀測到的這種時間差異被稱爲時間膨脹。 雖然這聽起來有備直覺, 但通過對飛機和衛星上的原子中進行的精確測量, 時間膨脹已在實驗中得到了驗證。 這個理論, 無論在概念還是實踐上, 都允許穿越到未來的時間旅行。 如果你走得足夠快, 就能以每小時超過一小時的速度穿越到未來。 若我們想要明顯地觀察到這種時間旅行, 就必須以非常快的速度運動。 宇宙射線中的μ子是一種非常不穩定的亞原子粒子, 平均壽命爲2.2微秒。 它們產生於高層大氣中, 計算表明它們在衰變之前只能夠飛行660米, 但時間膨脹的效應使得宇宙射線中的μ介子 能飛躍100多千米後抵達地球表面。 在地球的參照系中, μ子因高速運動而獲得了更長的伴率期。 因此,大約每秒鐘就有一個μ子會穿過我們的手掌。 1907年,愛因斯坦曾經的老師赫爾曼, 明可夫斯基將時間和空間結合成一個名爲時空的思維連續體。 時空就好比是宇宙中的粒子相對, 與其他粒子運動的舞臺。 當粒子處於相同的時空位置時, 它們可以相互作用。 然而,這個版本的時空是不完整的, 因爲它沒有囊括引力, 直到1916年,愛因斯坦提出了廣義相對論。 時空的結構是連續的,光滑的, 當有物質和能量存在時, 時空會發生彎曲和變形。 廣義相對論告訴我們, 我們所體驗到的引力實際上是時空的彎曲, 引力是宇宙的曲率, 它是由大質量物體和其他形式的能量引起的, 這些能量決定了物體運動的路徑。 曲率是動態的, 隨着這些物體的運動而運動。 用物理學家惠勒的話總結來說就是, 時空告訴質量如何運動, 質量告訴時空如何彎曲。 廣義相對論還解釋了, 對於身在一個引力場之外的觀察者而言, 一個物體的時間流動是如何因這個引力場而減緩的。 在日常生活中, 爲我們導航的GPS衛星既要應用狹義相對論, 也要應用廣義相對論, 這樣才能使衛星上的時鐘與地球上的時鐘同步。 衛星會向GPS接收器發射時間信號, GPS接收器通過測量信號達到接收器的時間來確定其與衛星之間的距離。 即使是微小的偏差, 也會隨着時間累積導致地面導航出現重大錯誤。 因此, 要獲得精確的定位系統, 不僅需要考慮到衛星繞地球軌道的運行速度, 也要考慮到軌道衛星和地面接收器的時空區域的差異。 現在, 讓我們試想在具有強大引力的極端環境下的情況。 以黑洞爲例, 在外部的觀察者看來, 當一個墜入黑洞的物體在接近黑洞的事件世界時, 速度會放慢, 並且需要無限的時間才能抵達事件世界。 對於事件世界之外的觀察者而言, 物體看起來永遠地停在了事件世界之處。 然而, 對於墜入黑洞的觀察者而言, 時間看起來在正常流動。 從他的角度來看, 哪怕是最巨大的黑洞, 它也能在很短的時間內就抵達中心的起點。 時空中也可能存在着讓時間機器得以運行的潛在扭曲, 一些科學家喜歡蟲洞的概念, 它可被當作爲穿越時空的捷徑。 當要連接兩個因果上部相連的區域時, 蟲洞不僅有可能連接宇宙中的兩個不同位置, 而且還有可能連接時間上不同的兩個位置。 如果可以穿越這樣的蟲洞, 那麼回到過去就有可能在現實中實現。 雖然理論上這聽起來可行, 但目前在宇宙中並未發現任何蟲洞存在的證據。 我們總會用現有的最優技術來測量時間的流動, 並定義它的通用標準。 國際標準的時間單位是秒, 它的定義也一直在演變, 先是太陽日的一小部分, 然後變成了星曆年的一小部分, 再到現在量子時代的原子秒。 自1967年以來, 一秒就被定義爲與色負, 133原子基態的兩個超輕技能 極減躍遷對應的輻射的 9192631770個週期所持續的時間。 我們的工具在理解時間概念上 對我們的想象力進行了補充。 在過去的一個世紀裏, 我們越來越多地透過量子物理來審視時間。 量子力學認爲, 在一個選定的靜止框架中, 時間的流動是普遍且絕對的, 而廣義相對論則認爲, 時間的流動是可速而相對的。 在20世紀60年代, 量子力學和廣義相對論 這兩個不相同的理論被成功地結合了起來, 得出了惠勒·德韋特方程。 這個方程解決了一個問題, 但又產生了另一個問題, 在這個方程中, 時間沒有任何作用。 這在物理學家中引發了一個巨大的難題, 被稱爲時間問題。 這是否意味着時間 在自然法則中沒有意義? 我們從未真正見過時間, 我們看到的只是時鐘。 如果你說這個物體在移動, 你真正的意思是 當你的時針指在這一處時, 這個物體在這裏。 我們說用時鐘來測量時間, 但我們看到的只是時針, 並非時間本身, 而時針和其他東西一樣 只是物理變量。 所以在某種意義上, 我們是在糊弄, 因爲我們真正觀察到的是物理變量 作爲其他物理變量的函數, 但我們把它描繪成 一切都在隨時間變化。 惠勒·德韋特方程引發的思考是, 我們必須停止這個遊戲, 我們應該描述變量之間 是如何相互聯繫的, 而不應該引入時間, 這個本就不可觀測的虛構變量。 問題是, 時間是現實的基本屬性 還是隻是事物的宏觀呈現? 我認爲, 這只是一個宏觀效應, 它只在宏觀的事物中出現。 思考時間是否真實 這一問題是徒勞無益的。 對於科學探索來說, 一個值得思考的問題是 時間是永限的還是基本的? 溫度和壓強不會因爲 我們把它們理解爲基礎的原子 描述的永限屬性 而變得不再真實。 這或許是有關於時間最大的 懸而未決的問題, 但它遠非唯一的時間難題。 緊隨其後的另一個問題, 便是一個自19世紀以來 就困擾着哲學家 和物理學家的奇怪事實。 物理學定律無法解釋 爲什麼時間總是指向未來。 如果時間能夠倒流的話, 那麼所有的基本定律, 無論是牛頓定律 還是愛因斯坦的理論 或者是量子法則 在逆向運作時也都同樣有效。 另一方面, 在我們體驗到的世界中 時間是有一定方向的。 我們出生、老去、死亡 雞蛋破碎、液體混合 辦公室總是趨於 變得更加混亂,而不是相反。 然而,就我們目前所知 時間是單向的 它從未出現過逆轉。 這種單向行爲 只存在於一個科學定律中 那就是熱力學第二定律。 該定律告訴我們 在孤立的系統中 傷通常只會隨時間增加 不會減少。 傷可以被看作是系統所包含的 無序或信息的一種度量。 因此,第二定律暗示着 在孤立系統中 時間相對於有序的量是 不對稱的。 一個隨着時間推移而前進的系統 它在統計上會變得更加無序 將一塊冰塊放入熱咖啡中 會在咖啡冷卻的同時 加熱了冰塊。 但這一過程是不可逆轉的 這是一條單行道 但熱力學第二定律卻不能 告訴我們這是爲什麼。 逆轉時間的箭頭 就相當於降低上降。 在十九世紀的一個思想實驗中 一個名叫麥克斯維腰的 淘氣小鬼擁有一種 非凡的能力。 在一個帶有隔板的盒子中充滿了氣體分子 這隻小妖卻能知道 每個氣體分子的位置和速度 並能將它們分離。 在隔板上有一個洞 小妖可以操縱洞上的小門 它會將能量高的分子 限制在門的一邊 能量低的聚集在門的另一邊。 結果發現,在這個過程中 小妖必須消耗能量 並提高自己的傷來 確保宇宙的總傷仍是上升的。 年前 有一項實驗稱他們在 大約60個原子上覆制了麥克斯維腰 使系統的傷降低了 2.44 這在量子計算機領域具有巨大的應用潛力 如果麥克斯維腰 可以在經典尺度上覆制 那麼我們或許就可以討論 時間逆轉在熱力靴上的可行性 但這仍可能無法讓我們再次經歷昨天 這關係到一個不同的時間概念 時間的感知箭頭 也就是人類心理上 對時間的感知 我們能夠記住的 都已成爲往事 如果能讓我們此刻記住的事情 比之前的時刻更多 那麼可以說我們隨時間向前了 我們似乎能夠記住 我們是否知道一些過去的事情 我們似乎也能夠以某種精確度 來預測未來發生的事情 但我們仍缺乏對未來的完整認識 心理上的時間流動 與人類的記憶 以及我們對因果的感知緊密相連 它在很大程度上 受腦中多巴胺水平的影響 在一些有帕金森症 精神分裂症和注意力缺陷 多動障礙等 能影響多巴胺水平的受試者身上 已經觀察到了 時間知覺障礙 在人類生活在地球的 這段時間裏 我們一直渴望增強理論和實驗 與自然之間的相關性 相關性越大 我們對宇宙的理解就越好 我們的生存機會也就越大 科學的核心本質 是提出理論 並做出符合觀測結果的預測 時間是科學進程的中心 對自然界週期性的理解 曾幫助我們發展了農業 讓我們在惡劣的條件下生存 還帶來了工業革命 這些都顯著延長了 我們在地球上生存的時間 沒有別的生物 能像人類所做的那樣 去延長自身的平均壽命 在意識到了人生的極限之後 我們學會了保留 和傳承我們的學問、知識和方法 所以我們的後代 不會從一張白紙開始 在過去的四百年裏 我們從觀察時鐘的擺動 到探索宇宙的命運 以及我們在宇宙中的位置 人類的智慧正帶領我們 以前所未有的速度 朝着未來前進 同樣,在這段時間裏 我們提出、接受、推翻和恢復了 與時間理論相矛盾的理論 回想起來 看見流行理論如何在某種抽象層面上週期 性的出現是件很有意思的事情 我們不知道未來會發生什麼 但我們肯定會與宇宙 更緊密地糾纏在一起 更深地覺察到彼此 在此之前 我們將繼續努力發展出一個不朽的時間理論