科学|时间是宇宙的一部分吗？为什么有很多科学家认为时间不存在
你在读着这个句子时 ， 很可能会想着“这一刻”（就是现在） ， 也就是正在发生的“当下” 。 此时此刻似乎很独特、很真实 。 不管你对过去有多少记忆 ， 对未来如何憧憬 ， 你都活在当下 。 当然 ， 你阅读刚刚那句话的那一刻已经不再 ， 这句才是当下 。 换句话说 ， 时间似乎在流动 ， 亦即“当下”也在不断更新 。 在我们直觉的深处 ， 未来是开放的 ， 直到它成为现在 ， 而过去已被固定住了 。 时间流动时 ， 这种过去固定、现在发生、未来开放的结构不断在时间中前进 。 这种结构深植于我们的语言、思考和行为中 ， 我们的一生该怎么过正悬于此 。
虽然这种想法很自然 ， 却无法在科学里找到相应的语言 。 物理的方程式无法表明哪些事件正在发生 ， 就像一幅没有标记“你在此处”的地图 。 方程式中没有“现在” ， 因此也没有时间流 。 除此之外 ， 我们可以从爱因斯坦的相对论中得知 ， 不只是单一的现在不存在 ， 事实上每一刻都同样真实 ， 未来并不比过去开放 。
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科学对时间的理解 ， 与我们日常生活对时间的理解有着巨大的鸿沟 ， 这让历史上的思想家大感困惑 。 一旦物理学家逐渐剥夺我们赋予时间的平常属性 ， 这个鸿沟益形加深 。 现在 ， 物理时间与经验时间的裂口已深及根基 ， 因为有许多理论物理学家开始认为 ， 时间甚至根本不存在 。
， 这种想法刚开始很令人震惊 ， 难以想象它如何说得通 。 我们所做的每一件事 ， 都是在时间里做的 ， 这个世界就是由时间串起的一连串事件 ， 每个人都可以看到我的头发变白、物体移动之类的事件 。 我们看到了变动 ， 而这种改变是相对于时间而言的 。 少了时间 ， 世界就会全然静止 。 一个没有时间参数的理论 ， 就必须解释：如果世界实际上并没有变动 ， 为什么我们会看到事件的变化 。
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最近的研究正尝试面对这项挑战 。 虽然时间可能并不存在于最基本的层次 ， 但它可能在较高的结构中产生：这就像桌子虽然是由一堆内部几乎空空如也的粒子所组成 ， 但摸起来还是很结实 。 固体是粒子集体浮现的性质 ， 因此时间也可能是由世界某些基本组成浮现出来的性质 。
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“时间乃浮现的性质” ， 这种想法有可能和一个世纪前的相对论或量子力学同样具有革命性 。 爱因斯坦曾说 ， 他在构思相对论时 ， 最关键的进展来自于他对时间的重新理解 。 而物理学家在追求统一相对论与量子力学的梦想时 ， 他们相信时间一样是个关键 。 许多人认为 ， 统一理论描述的会是个没有时间的世界 ， 有些人则极不愿放弃时间这个概念 。 不过他们都同意 ， 要在统一理论上有进展 ， 就必须先对时间做深入思考 。
在过去这段日子里 ， 我们对时间的丰富常识不断受到否定 。 时间在物理学中举足轻重 ， 但随着物理学的进展 ， 这些功能逐一被其他东西取代 。
乍一看 ， 它可能不明显 ， 但牛顿运动定律对时间的特性有一定的要求 。
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原则上 ， 所有的观察者都同意事件是按顺序发生的 。 经典物理学假设 ， 无论何时何地发生的事件 ， 都可以被客观地解释 。 与宇宙中的其他事件相比 ， 它首先发生 ， 然后同时发生 。 因此 ， 时间使世界上所有的事件都井然有序 ， 这个秩序是绝对的事实 ， 不会因观察者的不同而改变 。 此外 ， 时间必须是连续的 ， 这样我们才能定义速度和加速度 。
在经典物理学中 ， 时间也必须有一个连续性的概念(物理学家称之为“度规”) ， 以确定两个事件之间的距离 。 当我们说奥林匹克短跑运动员博尔特特每小时能跑43公里时 ， 我们必须能够计算出每小时有多长 。 与事件序列一样 ， 时间的持续时间与观察者无关 。 如果Alice和Bob在15点离开学校 ， 走各自的路 ， 然后在18点回家 ， Alice会和Bob经历同样的时间 。
基本上 ， 牛顿提出世界上应该有一个主控计时器 ， 它以一种独特而客观的方式记录下一个时刻 。 牛顿的物理学只以时钟的滴答声为依据 。 此外 ， 牛顿觉得时间在流动 ， 它的流动告诉我们未来的方向 ， 但是这种额外的性质对于牛顿的运动定律来说是不必要的 。
牛顿对时间的解释今天对我们来说可能已经过时了 ， 但如果你稍微想一想 ， 你会发现它令人惊讶 。 它的许多特征在逻辑上是不相关的(如序列、连续性、连续性、同时性、流和方向) ， 但它们都包含在牛顿称为“时间”的定时器中 。 这些特征组合非常成功 ， 以至于近两个世纪以来都没有得到纠正 。
袭击发生在19世纪和20世纪初 。 第一波是对奥地利物理学家路德维希·博兹曼的研究 。 他的结论是 ， 时间没有内在的方向 ， 因为牛顿定律在时间上向前或向后同样可行 。 因此 ， 他认为过去和未来之间的差异不是时间固有的 ， 而是源于宇宙组织物质的不对称方式 。 物理学家们仍在争论这一论断的细节 ， 但博兹曼令人信服地消除了牛顿时间的一个特征 。
下一波攻击来自爱因斯坦 ， 他放弃了绝对同时性的概念 。 根据他的狭义相对论 ， 事件是否同时发生取决于你跑得有多快 。 事件的阶段不是时间或空间 ， 而是它们的组合——时间和空间 。 如果两个观察者以不同的速度移动 ， 他们会对事件发生的时间和地点有不同的看法 ， 但是他们对事件在空间和时间上的位置没有不同的看法 。 时间和空间是次要的概念 ， 就像爱因斯坦的大学老师、数学家赫尔曼·闵可夫斯基(Herman Minkowski)的一句名言:“它们会逐渐消失在幻觉中 。 ”
1915年 ， 爱因斯坦的广义相对论诞生 ， 狭义相对论被扩展到引力领域 ， 情况变得更糟 。 重力会扭曲时间 ， 所以这里经过的一秒和那里经过的一秒可能不一样 。 原则上也很少同步时钟并保持同步 。 你无法想象这个世界在一个时间参数的基础上一个接一个地运行 。 在极端情况下 ， 世界可能根本不会被分割成一个个瞬间 。 这样 ， 就不可能说一件事比另一件事发生得早或晚 。
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【科学|时间是宇宙的一部分吗？为什么有很多科学家认为时间不存在】广义相对论中有许多函数使用“时间”这个术语:坐标时间、局部时间(也称为“原始时间”)、全局时间 。 一般来说 ， 它们在同一时间做了很多牛顿做过的事情 ， 但是单独来看 ， 它们没有一个配得上这个术语 。 要么物理学不听这些时钟的声音 ， 要么即使它听了 ， 它们也只适用于宇宙的一小块区域或某个特定的观察者 。 虽然物理学家现在认为时间应该被排除在统一理论之外 ， 但是我们有充分的理由说时间自1915年以来就“消失”了 ， 但是我们还没有完全理解它 。
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