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时间的本质

你扔掉手表,你尝试理解,这看似能抓住的时间,只不过是指针的运动……

 -Grateful Dead《Walk in the Sunshine》


前几天,我在微信发了一条有关“时间”的朋友圈,照片来自我的生日派对,当我看着这张照片时,突然想对“时间”说些什么,确切来说,是想对此刻照片中的自己说些什么。于是,就有了这句话。 

Time doesn’t really exist. But those who love, time is eternity! 

时间并不存在。但是对于爱着的人,时间是永恒的!

今天,我们就来聊聊“时间”这个话题。

什么是时间?

时间(Time)是物质的运动、变化的持续性、顺序性的表现,包含时刻和时段两个概念。时间是人类用以描述物质运动过程或事件发生过程的一个参数,确定时间,是靠不受外界影响的物质周期变化的规律。

以地球自转为基础的时间计量系统称为世界时系统。日、月、年、世纪的时间计量属天文学中的历法范畴。时间是物理学中的七个基本物理量之一,符号为t。在国际单位制(SI)中,时间的基本单位是秒,符号为s。

现代宇宙学理论认为,宇宙大爆炸“之前”没有时间可言。“永远向前”指时间的增量总是正数。时间表达物体的生灭排列。“时间”简称“时”。时间就是物质的运动和能量的传递。

01

时间

已知的第一个问出“时间是什么”的人是亚里士多德,他得到的结论如下:时间就是对变化的量度。事物在不停变化,我们以“时间”为度量——对这种变化的计量。

亚里士多德的观点合乎逻辑:时间就是当我们问“何时”时会涉及的东西。

“你多久之后回来”表示你“何时回来”。“何时”这个问题的回答涉及将发生的事情。“我会在三天之内回来”表示在离开与归来之间,太阳会在天上循环三次。就这么简单。

如果一切都不改变,一切都不运动,时间会停止流逝吗?

亚里士多德曾相信会。如果一切都不改变,时间也不会流逝——因为时间是我们与事物变化相关联的方式,把我们与天数的计算联系在一起。时间是对变化的量度。如果一切都不改变,时间就不存在。

但是我们在静默中听到的流逝的时间,究竟是什么呢?

亚里士多德在《物理学》中写到:如果周围一团漆黑,身体几乎什么都感受不到,但心里有些想法在改变,我们仍然会认为时间在流逝。也就是说,即便是在我们内心里感到时间的流动,也是对一种运动的量度——内在在运动。如果一切都不运动,就没有时间,因为时间仅仅是运动的记录。

牛顿的假设则与此完全相反。

在他的代表作《自然哲学的数字原理》一书中,牛顿写到:

我没有为时间、空间、位置和运动这些名词下定义,因为它们都是人所熟知的。我只需要说明一点,这就是普通人对这些量的看法,只是从感觉对象的关系出发,因而产生了某些偏见。为了避开这些偏见,我们不妨把它们区分为绝对的与相对的,真的与似真的,数学的与经验的。

也就是说,牛顿承认一种可以度量天数与运动的“时间”存在,而那也是亚里士多德笔下的相对的、似真的、经验的时间。

但除此之外,牛顿认为必须存在另一种时间——无论如何都会流逝的“真实的”时间,独立于事物及其变化。

就算所有物体保持不动,甚至我们灵魂的活动都凝滞了,这种时间仍然会流逝。按牛顿的说法,不受任何影响,这就是“真实的”时间。这与亚里士多德的观点截然相反。

牛顿认为,“真实的”时间无法直接接触,只能通过计算间接地理解。它与计量天数的时间不同,因为“每一天实际上是不平均的,虽然通常认为它们都相同,并且被用以度量时间。也许宇航员可以用更精确的时间来测量地球的运动,修正这种不平均”。

那么到底谁才是正确的呢,亚里士多德还是牛顿?

迄今为止,世界上最富洞察力、影响最为深远的两位自然研究者,对时间提出了截然相反的思考方式。两位巨人把我们引向相反的方向。

几个世纪以来,真理似乎来到了牛顿这边。牛顿模型以独立于事物的时间观念为基础,建立了现代物理学,并且行之有效。它假设时间是一种实体,均匀流逝。

牛顿写出了描述物体在时间中如何运动的方程,用字母t表示时间。这个字母的含义是什么呢?它表示夏季白天时间较长而冬天较短所形塑的那个时间吗?很显然不是。它表示的时间是“绝对的、真实的、数学的”,牛顿假定它的运动独立于事物的变化或物体的运动。

我们的感官无法证明牛顿时间的存在——它是一种精秒的理智建构。

如果牛顿这种独立于事物的时间概念的存在对你来说简单又自然,那是因为你在学校就学过,因为这已经成了我们思考时间的唯一方式。它已经通过学校课本渗透到了全世界,最终成为我们理解时间的常规方式,我们已经把它变成了常识。

这种时间均匀流逝,独立于事物及其运动,如今在我们看来十分自然,但是对人类而言,它并不是一个自古就有的很自然的直觉。它是牛顿的观点。

02

空间

时间的两种解释方案:亚里士多德认为,时间是关于事件的“何时”的量度;牛顿认为,时间是一种实体,即便没有事情发生也会流逝。这两种解释,对空间也适用。

亚里士多德是第一个敏锐地深入探讨“空间”或“位置”含义的人,并且得出了精确的定义:物体的位置是指其周围有什么。

亚里士多德对空间的定义,被牛顿称为“相对的、似真的、经验的”。而牛顿把空间本身称为“绝对的、真实的、数学的”——即便空无一物,空间也存在。

这两种思考空间的方式都源于我们的日常经验。它们之间之所以有区别,是由于我们生存的这个世界的一个离奇巧合——空气之轻,轻到我们几乎感觉不到其存在。

我们会说,我看到一张桌子、一把椅子、一支笔和天花板,我与桌子之间空无一物。或者可以说,在两个物体之间有空气。但当我们谈到空气时,有时它好像是某种东西,有时又不是;有时好像存在,有时又不在。要说杯子充满空气,我们却习惯说“被子是空的”。

说到底,亚里士多德与牛顿并没有在讨论什么深奥的形而上学,他们只不过是用出于两种不同直觉却同样精巧的方式看待我们周围的世界:是否把空气考虑在内,又是否把它们转化为空间的定义。

在托里拆利证明了可以把空气从瓶子里移除之后,牛顿“空的空间”的观念似乎得到了印证。然而,很快人们就知道,在瓶子里还有很多物理实体:有电磁场,以及一大群量子粒子。

一个完全空白的、没有任何物理实体的无形空间的存在,仍然只是牛顿为了建立他的物理学而引入的精秒的理论概念,因为没有任何科学的、实验的证据证明其存在。

这个精秒的假设,也许是身为最伟大科学家之一的牛顿最有影响力的洞见。但它真的与事物的真相一致吗?牛顿的空间真的存在吗?如果存在,它真的是无形的吗?空无一物的地方真的存在吗?

答案是,牛顿凭直觉知道的超越有形物质的时间与空间,的确存在,真实不虚。时间与空间是真实的现象,但不是绝对的,它们并不独立于发生的事件,也不像牛顿设想的那样,与世界上的其他物质有所区别。

物理学家把构成世界物理实在的物质称为“场”。时空就是引力场,反之亦然。

时间是与空间几何交织在一起的复杂几何的一部分。这就是爱因斯坦发现的对亚里士多德与牛顿时间概念的整合。

亚里士多德与牛顿都是正确的。

牛顿凭直觉正确地意识到,在我们所见的运动与变化的事物之外,还存在着某些东西。真实的、数学的牛顿时间确实存在,它是一种真实实体,也就是引力场。但牛顿错在认为这个时间与其他事物无关,均匀流逝,并且独立于其他事物。

亚里士多德的正确之处在于,他认为“何时”与“何地”的确定总是与某个事物相关联,但这个事物也可以只是场,即爱因斯坦的时空实体。因为这是种动态、实在的实体,与其他作为参照物的实体一样,我们可以以此明确自己的位置,正如亚里士多德观察到的那样。

03

价值观

以上,我们从物理学的角度阐述了时间、空间,听起来有点抽象。因为这些都是科学论证,的确不像爱情故事那样让人舒心、愉悦。这些东西到底与我们有什么关系呢?作为一个普通人类,我可以不去关心这些吗?

当然可以。

但如果你也总是对生活中的一些现象困惑不解,了解看看何尝不是一件好事。

比如,我们真的生活在同一个时间、空间吗?哪怕是和你的家人、最亲密的人。

我认为,并不是。

我们需要再次回到这篇文章《不同经济体下,价值观的碰撞与冲突》,价值观导致了很多不一样的结果。

今天是2020年10月12日,晚上8点,你正在看我的文章吗?那么你认为你和我在一个时空吗?不见得。

也许我过的比大家都快了一些,可能我在2030年。

可能也有一部分人,依然停留在2000年,甚至更早一些。

只不过,用钟表的时间来看,我们似乎都在2020年的10月12日,晚上8点。

举个简单的例子,回顾一下,你是否有过这样的经历:10年前,当别人和你讨论一件事的时候,你觉得这是天方夜谭,心里在想:“这个人真不靠谱!” 然而,10年后,你却成了那个人。

04

总结

已经忘记这是和谁的聊天内容。所有科学的公式、推理,证明,都是基于假设的前提;如果没有这个假设,很多事情其实无法验证。

可是,是谁给了这个“假设”的合理性?

没有答案!

直到我们把常识当成了知识,理所当然地认为,奥,就是这样的。

参考资料:

《时间的秩序》(THE ORDER OF TIME)

-THE END-

L小姐书

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