時間公式

聖·奧古斯丁(St.Augustine)曾說過:「那麼什麼是時間呢?如果沒有人問我,我知道它是什麼。如果我想要對向我提問的人解釋它是什麼,那我就不知道了。」

在我們生活中的每一天,幾乎不可避免的都會用到」時間「這一概念,以至於我們很少認真的思考過它的本質究竟是什麼。然而,有關時間本質的問題,仍然是許多物理學家激烈探討的主題:為什麼時間似乎只沿著一個方向流動?時間是真實的,還是虛構的?時間是一種湧現現象嗎?這些問題都還沒有確切的答案。

但無論時間是什麼,對於我們而言,時間就是當下的每一刻。此時此刻是那麼真實。也許你正與家人一同觀看春晚,也許你仍在他鄉忙碌,也許你還在路上奔波……無論你身處何地,「原理」都真誠感謝你陪伴我們又度過了一年時光,並祝福所有讀者朋友:新春快樂!

附錄:時間簡史

1687年牛頓(Issac Newton)在他的鉅著《自然哲學的數學原理》中寫道:「絕對的、真實的和數學的時間,就其自身及其本質而言,是永遠均勻流逝的,它不依賴於任何外界事物,因此也就不涉及時間(如小時、日、月、年)的任何變化或測量方法。」

1824年:法國科學家卡諾(Sadi Carnot)證明了任何發動機的效率都有上限。如今,這被稱為卡諾定理,它是後來的熱力學第二定律的第一個表述。這一定理大致表明,在封閉系統中,熵必須總是增加的。事物永遠在變得更加無序這一事實,似乎為時間提供了方向性。

1905年愛因斯坦(Albert Einstein)提出了狹義相對論,他將同時性的概念從牛頓學說的基礎上推翻。愛因斯坦認為宇宙中不存在一個單獨的計時員,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。

1907年閔可夫斯基(Hermann Minkowski)將時間和空間統一成一個名為時空的四維連續體。在1908年的一次演講中,他宣稱:「從今往後,單獨的空間和單獨的時間註定會消失在純粹的陰影中,只有兩者的某種結合才能維持一個獨立的現實。」

1915年:愛因斯坦提出了全新的引力理論——廣義相對論。根據廣義相對論,當有物質和能量存在時,時間和空間會發生扭曲。

1928年:為什麼時間似乎只朝一個方向流動?在《物理世界的本質》一書中,英國物理學家愛丁頓(Arthur Eddington)將這種現象喻為「時間之箭」,他認為這與熵有關。愛丁頓寫道:「如果我們沿著箭頭的方向在世界的狀態中發現越來越多的隨機元素,那麼箭頭指向的就是未來;如果隨機元素越來越少,那麼箭頭指向的就是過去。這是物理學所知道的唯一區別。」

1929年哈勃(Edwin Hubble)和赫馬森(Milton Humason)利用洛杉磯郊外的一臺100英寸的望遠鏡進行觀測,發現距離地球越遠的星系,遠離的速度就越快。這一發現為現在被我們稱為宇宙大爆炸的模型鋪平了道路。根據大爆炸模型,我們周圍所能看到的所有物質和能量,都曾經集中在一個非常小的空間裡。這意味著宇宙以及時間本身,可能有一個開端。

1964年彭齊亞斯(Arno Penzias)和威爾遜(Robert Wilson)發現了遍佈在宇宙中的「宇宙微波背景」,它常被稱為大爆炸的餘輝,是大爆炸模型的關鍵性證據。然而,關於大爆炸是否是時間的開端仍然在辯論中,一些宇宙學家認為宇宙可能在不斷的膨脹和收縮中無限循環。

1967年:惠勒(John Wheeler)和德維特(Bryce Dewitt)提出一個不含時間變數的量子引力方程——惠勒-德維特方程。也就是說,他們把量子力學和廣義相對論結合起來了, 但時間在方程中卻沒有任何作用。這在物理學界中引發了一個巨大的難題,被稱為「時間難題」。

2009年:一篇有影響力的論文提出,時間之箭可以用量子力學中的糾纏來解釋。當一個物理系統與周圍環境糾纏在一起時,它就會向平衡移動,而這種單向的演化決定了時間的箭頭。作出了這項研究的團隊的工作是建立在量子先驅塞斯·勞埃德(Seth Lloyd)在1988年的博士論文中提出的想法之上的。

#創作團隊:

撰文:小雨

設計/排版:雯雯

#參考來源:

https://arxiv.org/pdf/1506.00927v1.pdf

http://www.personal.psu.edu/rq9/HOW/Atomic_Clocks_Predictions.pdf

https://www.quantamagazine.org/what-is-time-a-history-of-physics-biology-clocks-and-culture-20200504/

#圖片來源:

封面圖&首圖:NASA

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