时间的本质到底是什么?我们可以回到过去吗?
回答问题之前,先来做一个简单的游戏。
下面有一张动图和静态图片,先盯着动图20秒,之后看动图下面的静态宇宙背景图片。
(资料图片)
你会看到什么?
你会突然发现静态宇宙背景图片竟然也动了起来。这是你的记忆产生的错觉,刚才动图的记忆让你对本来静态的图片产生了错觉,其实这种现象也叫心理时间。
而宇宙万物一直在运动,那么我们该如何分辨哪些事物在运动,哪些是相对你静止呢?
在牛顿的经典物理学体系里,时间是绝对的,而且时间只有一个方向,永远向前,而且永远不会停止。
时间的这种绝对性非常符合我们的心理预期和日常生活经验,毕竟生活经验告诉我们,时间确实是有先后顺序的,而且是单向的。时间的这种特性总是让我们能够回忆过去,感受现在,畅想未来。
但是,牛顿并没有解释清楚为什么时间只有一个方向,为什么时间不能倒流?毕竟在经典物理学体系下,时间的方向是对称的,无论是向前还是向后都不违反大自然法则。
时间来到19世纪中叶,物理学家克劳修斯提出了著名的热力学第二定律,在一个孤立的系统里,熵总是会增加,也就是说,混乱程度总是会增加,一直达到彻底的无序。
这就是著名的熵增定律,宇宙的一个基本规律。熵,是衡量一个物理量混乱程度的物理量。
举个通俗的例子,一本书从第一页到最后一页,页码非常有序。如果你把书的每一页全部撕掉,然后扔到空中掉落在地上,这本书几乎不可能从第一页到最后一页整体排列在一起,因为万物总是趋于无序,趋于混乱。
当然,纯理论分析,确实有一种可能,当书的每一页恰好按照原来的页码整齐地排列在一起,但这种可能性实际上是不出现的。
再比如,一个整齐的沙堆城堡,经过风吹雨打,彻底消失不见,成为漫天黄沙,也就是变得更混乱。
但是漫天的黄沙不可能自发地变成一个整齐的沙堆城堡。体现出来的也正是熵的不可逆性。
在孤立的系统里,熵总是趋于增大,也就是说变得更混乱。熵的这种单一和不可逆性,也表明了时间只有一个方向,永远向前。
而爱因斯坦提出新的时空观彻底颠覆了人们的传统认知。
爱因斯坦对麦克斯韦方程组非常痴迷,这个方程组可以推算出光速的计算公式,而公式中光速并没有参照系,只与真空的磁导率和介电常数有关。
这对当时统治物理学界几百年的牛顿物理体系下,完全不可思议。牛顿经典力学表明,任何速度都是相对的,都必须有相应的参照系才有意义。但光看起来就是一个例外,因为从公式来看,光并没有参照系,它就是以光速飞行。
光的这种“霸道”行为给了爱因斯坦极大的启发,之后他大胆地摆脱了牛顿绝对时空观的束缚,在光速不变原理和相对性原理的基础上,提出了史无前例的狭义相对论。
狭义相对论完全颠覆了人们传统的时间观念,时间不再是绝对的,而是相对的。严格来讲,每个人,每个事物的时间流逝速度都不同,你的一秒与我的一秒并不完全相同。只不过这种差异非常小,我们根本感觉不到,也不会对我们的生活有任何影响。
光速不变原理,指的并不是“光在真空中的速度保持不变”,而是说在任何事物眼里,相对于任何参照系,光的速度都保持不变。
举个例子,我站在大街的人行道上静止不动,看着一辆汽车飞驰而过,假设汽车的速度是V。在我眼里,汽车车灯发出的光的速度是多少呢?
按照我们上中学时学的速度叠加公式,车灯发出的光的速度应该是车的速度V加上光速C,但实际上并不是,我看到的光的速度仍旧是光速C。而且无论汽车的速度多快,哪怕是光速行驶,我看到的光的速度仍旧是光速C。
也就是说,光与任何速度叠加之后,仍旧是光速本身!
速度和引力都会影响时间的流逝,速度越快引力越大,时间流逝就越慢,反之就越快!
在爱因斯坦的相对论里,时间虽然是相对的,但仍旧是只有一个方向,而且看起来也是不可逆的。
但果真如此吗?
横空出世的量子力学似乎让我们看到的时间的可逆性,诡异的电子双缝干涉实验表明,微观粒子似乎不受因果关系的束缚,结果反过来可以影响原因,可以先于原因被我们观察到。
这是否意味着在微观世界里时间是可逆的呢?而我们的宏观世界都是由微观粒子组成的,那也意味着我们所在的宏观世界里的时间也是可逆的。
最后说一下著名的“庞加莱回归”,一个粒子在经历漫长的时间之后,一定会回到无限接近出发点的位置。虽然这段时间完全超乎我们的想象,但这种情况必然出现,而粒子回归的周期也被称为庞加莱回归。
而时间的这种周期性也意味着时间的方向出了问题,或许,时间并不存在所谓的反向,因果关系也不是必然的。如果果真如此的话,我们的思维将再次被彻底颠覆!