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探索时间的惊人真相 用事实证明我们对世界的直觉是错误的 他用这一本书就做到了!

时间:2013-02-04

酬乐天扬州初逢席上见赠,我相信大家对这句诗都是很熟悉,所以吴老师今天要说的是这句的前面一句怀旧空吟闻笛赋,到乡翻似烂柯人

提示:本文共有 4326 个字,阅读大概需要 9 分钟。

这一切要从一句诗说起,刘禹锡的“沉舟侧畔千帆过,病树前头万木春。”《酬乐天扬州初逢席上见赠》,我相信大家对这句诗都是很熟悉,所以吴老师今天要说的是这句的前面一句

“怀旧空吟闻笛赋,到乡翻似烂柯人。”这里有个烂柯的故事,说的是王质去山中打柴,观仙人对弈,在山中逗留了片刻,人世间已经发生了巨大的变化。

看到仙人下棋,这无疑告诉我们是一个神话故事。而且吕洞宾也经历过类似的经历,聊斋志异中也有这种桥段。正所谓“天上一天,人间一年”。

可是,如果有人一本正经的告诉你,这种天上一天,人间一年的事情确实存在,而且这个人还是非常出名的物理学家,你信不信?

不管你信不信,反正我信了!

这个物理学家就是卡洛.罗韦利,他之前写的《七堂极简物理课》畅销40多个国家。而今天吴老师要说的是这之后,他写的另外一本书《时间的秩序》,2018年被《时代周刊》评为十大非虚构好书,奇异博士 本尼迪克特.康伯巴奇认为这是一本不可思议的书,并为本书倾情朗读。

本书分为三个部分,第一部分用事实挨个证明大众对时间的直觉认识是错误的。第二部分着重介绍作者自己所从事的圈量子引力领域(没有时间的世界)。第三部分尝试寻找创造时间的元凶(时间的本质)。

第一部分 手撕大众认识的时间

如果让你说说对时间的认识,或者说总结下时间的特点,你会怎么说?

也许你会说,哦,这个嘛,时间看不到摸不着,但是确实存在。它无声无息,逝者如斯夫不舍昼夜。

也许你会说,时间是最公平的,对于每个人来说每天都是24小时。

也许你会说,时间是单行道,从过去到未来……

没错,这些就是我们惯常认识的时间的特性,均匀连续,从过去到未来,独立于其他事物存在。

可是这些都是正确的吗?

让我们一一把这些标签撕掉!

第一条 时间是均匀的。 错!

有事实证明,山上的时间比海平面要快!而速度快的物体要比静止的物体时间流逝的慢一些。

也许你感觉这不可思议吧!

科学家做的实验就是两个人分开,一个在高海拔的高山,一个在低洼的平原。几年后,两个人的时钟经历的时间是不一样的,在平原上生活的人度过的时间更少,变老的更慢。 也就是时间在较低位置比较高位置要少。这样看来,如果距离差距足够大,不是天上一天地上一年,而是天上一年,地上一天!

也就是说,你的钟表放到地板上和放到桌子上,经历的时间是不一样的,当然这个差别是很小很小的。

关于速度对时间的影响,20世界70年代人们发现飞机上的时钟要落后于地面上的。也就是说,运动的物体比静止的物体经历更短的时间段,他们会长得更慢一些,更年轻些。所以年轻人要多运动总是没错的。而且研究电磁关系的麦克斯韦方程组也揭示了速度变量对时间的影响。

我们宁愿在海平面做一条游来游去的鱼也不做在云彩里睡觉的小猪。

所以到了这里你就发现原来时间不是那么公平的,也不是均匀流逝的,有时快有时慢,就像一条大河里的水流,中间的湍急岸边的缓慢。

第二条,时间是按顺序从过去到未来。错!

也许你会说,至少时间就像大河,它是从这头流向那头而且是不可逆的!

没错,也就是我们认为的时间从过去到未来。

那么如何分辨过去和未来呢?答案是 当下,当下之前的是过去,当下之后的是未来。我们接下来看看卡洛.罗韦利是如何终结当下的。

你看到我在读书,认为我现在正在读书,也就是我当下在读书。而实际上,你看到的我在读书,是光线照到你眼睛里经过复杂反应才让你看到的,而这个过程需要光线从我这里出发到达你眼睛里,这需要时间!当然这点距离对于光速来说是小KISS,几乎可以忽略不计。

我们做个极限假设,你的弟弟小明住在另外一个星球,它距离我们四光年,也就是说光速到达地球需要四年时间。这时候你通过望远镜看到他在吃西瓜,你认为真实的他是在吃西瓜吗?NO NO,难道是他的时刻起四年后的他在吃西瓜?似乎你看到了他的未来?另外一个星球的一年和地球的一年根本不是一个相等的时间段,我们根本无法找到一个共同的此时此刻!

真相就是我们说的当下就是说的我们周围的当下,它仅仅是一个气泡大小而已,根本不会延伸到整个宇宙。

那么我们说的当下这个气泡有多大呢? 这取决于我们限定时间的精确度。如果精确到纳秒,这个当下的范围也就是只有几米而已。如果用毫秒,有几千公里,我们人类对几十分之一秒都不太感冒,从看胶卷电影我们就知道了,这样我们整个地球看成一个当下是没大问题的。这就是一个最大近似值的当下。

不属于过去也属于未来的时间段是当下,这个当下在地球是几十分之一秒,在火星上是十五分钟,在比邻星b上是八年,在仙女座星系中有数百万年!

宇宙中更是有神奇的黑洞,黑洞的边缘是现在,里面是未来,而边缘处时间会减慢,甚至时间会静止。

我是谁?我在哪里?发生了什么事? 到了这里我们失去了当下这个重要的时间属性。

在此我们还不得不提到热力学第二定律。

这个公式是目前人类社会唯一一条能够把过去和未来分开的物理定律。

dS ≥ 0

Delta S 永远大于零。

这里的S,是克劳修斯引入的用来度量热量单向不可逆过程,来源于古希腊语,在中国我们翻译成“熵”。(我国物理学家胡刚复教授首次把entropie译为“熵”,读作 shāng,带火字偏僻而且首字母为S,我私底下很是感觉贴合这个单位的含义)

熵在孤立系统中会增加或者保持不变,但是永远不会减少。

克劳修斯说,不可能把热量从低温传到高温物体而不引起其他变化。

这句话什么意思呢?简单解释就是:仅仅在有热量的地方时间之矢(方向性和不可逆性)才会出现。

这个神奇的方程式不是很好理解。后来奥地利人路德维希.波尔兹曼发现了这个方程式背后的含义。

他说熵之所以会存在是我们以一种模糊的方式来看世界的。也就是熵增加就是无序的自然增长,世界由有序走向无序。什么?仅仅用模糊这个词就完了?你是不是在骗我? NO NO,他的解释是很正确的!

如果我们能清楚的看到分子原子的运动,那么过去和未来就没有什么区别。也就是说在微观世界,时间是没有意义的。而在宏观世界,时间的流逝并不具有实在性,那只是宇宙某一个点模糊的映像。

时间的流逝只是我们看不到微观世界,时间的存在是世界由有序慢慢变为无序状态的过程。总之就是我们认为有时间的存在只是来源于我们模糊看世界。

3.时间于万事万物外独立存在。错!

我们对时空的直觉认识大多受牛顿经典物理学说影响。牛顿认为时间是独立存在的实体,是事件发生的顺序。是绝对的,真实的,数学的,是可以计算的。同时他也认为空间也是独立存在的。这很符合我们的直觉感受。

而在此之前,亚里士多德不这样认为。他认为时间是对变化的度量,空间是指周围有什么。

这两位巨人的观点截然相反,而且似乎都很正确。

幸好爱因斯坦来了,整合亚里士多德和牛顿时间的观点是爱因斯坦最有价值的成就。爱因斯坦认为时空就是引力场。当引力场平缓展开就是会像牛顿描述的那样,但是这个引力场并不总是平滑展开,它有时会被拉伸弯曲,所以就会出现速度和高度对时空的影响。

你看时间并不会独立于万物而单独存在,引力场会影响它,而我们模糊看世界的原因才感到了时间。

如果再用现代量子学审视时间,你甚至会发现时间是不连续的,就是说有一个最短时间,间隔着连在一起,只是我们会像看胶卷电影一样,认为画面是连续的。

亚里士多德说的好,时间就是描述变化。一个白天就是太阳从升起到落下,一个晚上就是太阳落下到下一次升起之间的变化。一个小时就是时针从四移动到五的变化。

第二部分 没有时间的世界----圈量子引力方程

作者把我们认为的时间的标签全部撕掉了,时间除了这些标签外,那还剩下什么?就像一场大风刮走了一切,我们要来到一个没有时间的世界!!

量子引力方程通过变量之间的可能关系来描述世界。

1967年第一个不包含时间变量的量子引力方程首次出现,被称为 惠勒--德维特方程。

作者研究的圈量子引力方程式是惠勒--德维特方程的现代版。圈理论没有宣称自己是科学的终极理论,但是它力求在迄今为止我们所理解的世界进行自洽(能自圆其说)的描述。

世界不是物体的集合,而是事件的集合。石头过去被认为是一个物体,但是我们认为石头是一个事件,石头形成之前是各种分散的物质,由于物理的 化学的 地质学 量子场震动等等各种变化形成了石头这个事件,而事件存在的时间是有限的,经过一段时间石头这个事件总归要毁灭,变成灰尘或者其他。而这就又是另外一个事件。

相互关联的事件网络组成世界,其中的变量遵循概率法则。光子,电子,原子以及各种场,包括引力场都在一个层次上。他们在相互作用中显现自身。空间临近的关联形成一个网,我们称之为“自旋网络”,自旋网络中一个环成为圈,这就是圈理论名字的由来。

空间与时间不再是容纳一切的容器,他们不过是量子动力的近似,这里只有事件与关联,是一个没有基础物理学中的时间的世界。

作者谦虚的说自洽理论,其实到目前为止真的能完全解释的通呢!

第三部分 难点!到底什么是时间?!

你说我们认为的时间是错误的,你又说这世界可以没有时间, 但是我们感觉到的时间到底是怎么一回事呢?

在这里作者列出了两个比较难以理解的概念:热学时间和量子时间。

热学时间

一个系统的能量在时间中是守恒的,能量和时间有着密切的关系。

宏观态-----能量------时间, 这样解读得出时间被确定下来仅仅是“模糊”的结果。

量子时间

罗杰.彭罗斯认为爱因斯坦的相对论与我们关于时间的经验并不矛盾,但是对它解释的不够充分。他认为量子在其中也发生了一些作用。 而阿兰.科纳进一步指出量子作用在时间根源起到了深刻的作用。 分子的速度与位置,先测量速度再确定位置和先确定位置再测算速度会得出不一样的答案,这被称为量子变量的“非对易”。这种速度与位置的顺序正是时间数序的最初形式。

也许你永远不可能知道什么是时间,但是你可以试图知道时间的秩序。

我们看到太阳每天东升西落,实际上是地球在绕着太阳转。我们感觉到时间在流逝,其实和我们的视角有很大关系。

广袤的宇宙如此巨大,它存在着无数物理系统,彼此相互作用的方式更是数不清楚。在这些系统中,通过无休止的概率游戏,某些变量在过去刚好呈现特殊值。

为什么葡萄刚好长在人们爱喝葡萄酒的地方,为什么你刚好出生在你的母语国家? 我们往往把因果搞反了。

不是因为地球需要距离太阳刚刚好的位置才能适合人类和外物生长,而是地球这一事件在一定概率下和太阳发生了事件才又催生了生命。人类本身就是时间发生的概率,也许我们的存在本来就是宇宙的特殊。

你不可能很客观的描述宇宙,因为没有什么在宇宙之外。

先于观察就理解某种事物的能力是科学思想的核心。

而我们只能近似的在已知世界中找到自圆其说的说法。

书中人类已经证明的定律和定论有好多推论十分精彩,有兴趣的朋友可以买下来再亲自慢慢品味,你会越回味越不可自拔……

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