時間不僅具有方向性,而且所有方向都朝前,原因為何?

清新小豹紋


逝者如斯夫,時間就像流水一樣不停息,更像是射出的時光之箭,具有方向性,讓我們能夠區分過去,現在和未來,我們從心理學的角度也可以感受時間的箭頭,我們會回憶過去,而不能預測未來。

在霍金的《時間簡史》中,就從物理學的角度來詳細論述了為何時間具有方向性。首先,在熱力學上,時間的方向代表了無序度或者說熵的增加,一個杯子可以從桌子上跌下而摔得粉碎,而不會出現破碎的玻璃片從地板上集合起來,跳到桌子上再組成一個杯子。熱力學第二定律決定了在閉合系統中,熵也就是無序度會隨時間而增加。

其次,天文學的對遙遠星系的觀測,發現我們所身處的宇宙正在不斷膨脹。因此,還存在著宇宙學的時間箭頭,沿著時間的方向,宇宙在膨脹,而非收縮。宇宙從一個奇點開始膨脹,在最初的階段暴漲式的膨脹,隨後才產生了星系,恆星,以及生命。

而時間箭頭是否會反轉,我們能不能記住彩票號碼,而回到過去大賺一筆呢,或者穿越時空回到過去,旅行到未來。這當然有很多有趣的理論,例如選擇歷史論就是講,如果穿越者回到過去,那麼他進入的就是和已經發生的歷史所不同的的過去,這樣,他就可以自由行動,而不會受原有歷史的侷限,一不留神就改變歷史的進程。


量子實驗室


何為時間?物理學家牛頓對於時間的看法是直觀的,時間在三維空間中均勻流逝,直到永遠。在大自然虛構的時鐘裡,組成枯燥一天的時間無時無刻不在流動,同樣,宇宙大爆炸以來的每分每秒都在流逝。

我們曾認為,時間是一種絕對的、永遠不會犯錯的宇宙節拍器,為每一個事件留下印記。
然而,這可是錯的!

愛因斯坦(Albert Einstein)的相對論展現給我們的事實是:時間是與空間相關的運動和運動變化的度量。一維的時間與三維空間交織在一個四維時空中。當你飛得越快,你的時鐘流逝得就越慢。同時,空間彎曲得越厲害(引力場越強),時鐘就走得越慢。

雖然物理學定律對過去和未來是沒有區別的,但日常生活中的時間在朝前與向後兩個方向之間卻有著很大區別。設想有一杯水從桌子上掉落,並在地面上摔成碎片。如把此場景拍攝成一段視頻,則很容易區分其過程是向前還是朝後。
假如把視頻倒過來播放,我們會看到玻璃碎片突然自行聚合且從地面躍起,這些碎片再次組成一隻完整的杯子並回到桌上。我們可以判斷這是在倒退播放,因為日常生活中絕不可能觀察到這類行為。要是真的出現這場景,玻璃廠商將會倒閉,說明時間流逝具有單一方向且不可逆。

物理學家霍金(Stephen Hawking)曾於1988年4月在加州大學伯克利的一場“時間方向”(The Direction of Time)講演中認為,時間的方向至少存在三類不同的時間箭頭。

第一類,熱力學時間箭頭

為什麼看不到杯子碎片復原後回到桌子上,通常給出的解釋就是熱力學第二定律(The Second Law of Thermodynamics)不容許出現這類事件。
該定律告訴我們,事件的無序狀態的數目要比有序狀態數目多的多,而且無序程度(熵)表現出隨時間而增大。換言之,這也是著名墨菲定律(Murphy's Law)的內涵——事物總是朝更壞的方向(無序程度增大)發展。例如,處於有序狀態的玻璃杯,打碎成了無序的玻璃碎片,但反其道行之則做不到。

無序程度,或者說熵,隨時間而增大,是所謂時間箭頭的一個例子,此類概念給時間一種朝前的方向,將過去與未來區分開來。

第二類,心理學時間箭頭

我們對時間方向的主觀感覺,即心理學時間箭頭,使我們感覺到時間在不斷流逝,但對未來並無所知。本質上心理學時間箭頭也是由熱力學箭頭確定的,只是加入了人們既往的心理體驗和邏輯認知。

生活中,我們只能沿著無序程度增大的方向度量時間才有意義。例如,小孩都知道,潑向地面的水再也無法回到水杯內,覆水難收。再如花苞的開放到凋謝的過程,嬰兒的成長直到衰老的過程等場景。
第三類,宇宙學箭頭

宇宙大爆炸起始於138億年前的那個質量及能量極度有序的奇點,隨著時間的推移能量迅速釋放,奇點變成膨脹中的宇宙質能的無序狀態,並越來越無序。這與熱力學箭頭所指方向也是一致的,所謂熵增的過程其實就是宇宙成長的過程。

沿著這一時間方向,宇宙將永遠膨脹下去,而不是取相反方向,即宇宙不會收縮。自然界中普遍存在的這類自發過程都是不可逆的。


另外,因果不對稱性(Causal Asymmetry)也被部分學者稱為另一種時間箭頭

物理學家愛丁頓(Arthur Eddington)認為,“因果不對稱性”決定了時間維度朝一個方向前進,而不是後退。一個事件的發生沿時間的某一方向前進,比朝另一個方向更復雜更困難。

例如,氣象預報專家可以利用今天的大氣氣象資料非常精確地預測今後三到七天內的降水幾率。但要求他們利用今天同樣的氣象資料反推過去一週內的降水情況,其難度之大幾乎完全不可能。

今天許多學者認為,因果不對稱性就是時間指向朝前的基本特徵。因為時間總是朝前(先有因,後有果),而向後(先有果,再有因)則無法實現。
由此可見,時間不僅具有方向性,而且所有方向都朝前。

假如時間可以反轉,意味著無序程度隨時間而減小(熵減),無序變為有序,就會出現怪誕不經的現象:看到明天的彩票搖號中獎結果,一定會在博彩行業大發橫財;地上的玻璃碎片會自動復原成杯子......但事實上決不會發生。

(謝謝閱讀)


看松讀畫軒


首先,時間是不是具有方向性這個問題,目前來說,還存在許多的爭議,或者說,我們壓根就不知道時間到底是不是存在方向。為什麼這麼說呢?

我們應該從“時間”這個概念說起。

時間有沒有辦法定義?

如果我們要研究時間的方向,其實就應該搞清楚什麼是時間?

如果,我們要嘗試粗暴直接定義“時間”,那很遺憾的告訴你,在物理學範疇內,這個定義根本沒辦法下。也就是說,時間的本質我們還搞不清楚。

但這並不影響我們使用“時間”的概念,這是因為在科學的範式裡,定義一個研究對象,首先要求能夠對這個研究對象進行測量,測量的本質其實就是將這個研究對象進行量化研究。畢竟科學的語言是數學,只有把研究對象量化了才能進行研究。

因此,如果我們可以測量“時間”,那就可以使用“測量定義法”。

對於“時間”的測量定義法給出的解釋是什麼呢?時間是週期性的變化的事情。

這該如何理解呢?古人看時間,說白了就是一晝夜是一天,月球繞地球一圈是一個月。

發現沒有?這些都是週期性的變化。我們只用的手錶其實依靠的就是週期性的振動,即使是目前最高精度的銫原子鐘,也是看銫原子的週期性振動來計時的。

也有科學家開始嘗試利用脈衝星來計時,有一些脈衝星的週期性變化每一百萬年才有1秒的誤差。

而測量時間某種程度上是可以感知時間流逝的快慢,愛因斯坦正是迴歸到了測量時間的原點,才發現的狹義相對論。相對論中,一個物體相對於慣性參考系告訴運動,慣性參考系下的觀測者會發現告訴運動的物體時間會變慢,其實利用“時間是一種週期性變化(運動)”帶入推導計算,就可以得出這個結果。

物理定律中的時間

知道了時間的測量定義發之後,我們在回過頭來看看物理學定律,如果你把一個自然現象播放給物理學家看,然後再把這片子倒著放給他看。實際上,物理學家會得出一模一樣的物理學理論,為什麼這麼說呢?

因為,我們的物理學定律當中其實是不存在時間方向這個物理量的,甚至一些物理學理論壓根就不存在時間這個物理量。說白了就是,無論是正著放,還是倒著放,都符合如今的物理學定律。

我們可以來舉個例子,就說萬有引力定律,地球順時針轉或者逆時針轉繞著太陽轉動,其實都不影響牛頓得出萬有引力定律。

所以,物理學家在研究相關理論時,其實也會特別關注那些可能帶有方向性的理論。那到底有沒有呢?實際上還真的是有的。

時間有方向麼?

首先,我們要知道的萬物都是由分子或者原子構成的。在自然狀態下,它們並不是整整齊齊地排列,而是活潑亂跳的。

科學家就發現一個問題,隨著時間的流逝,這個分子或者原子的平均狀態會越來越混亂,也就是越來越無序。

其實,我們日常生活中也常見的,如果你一週不收拾屋子就會變得特別亂。甚至,有一個房間,很長時間都沒有人進去,當你打開門進去看時,它也一定比上一次你看時要亂的多。

科學家通過研究分子這種向著無序發展的情況提出了著名的熵增定律。熵其實指的就是系統的混亂程度。

這裡,我們就要注意了,熵增定律就是有方向的,方向就是熵增的方向,也就是無序的方向。如果把宇宙看成是一個封閉系統,那對於一個封閉系統而言,發展的方向只能是熵增。(如果你一定要熵減,那就得從系統外輸入能量,就好比房間是一個系統,你要讓它有序,就得你親自去整理,而你做的功其實就是系統外的)

因此,科學家就提出,時間流逝的方向可能是熵增的方向

但是,我們這裡要強調一下,這個想法真的只是一個想法。為什麼這麼說呢?

因為一個成形的理論至少是需要實驗作為支撐,但是很顯然,“熵增的方向就是時間流逝的方向實際上並沒有辦法做出任何的驗證。所以,它也並沒有得到主流科學界的承認。

這裡還有一個BUG,那就是宇宙到底是不是一個封閉的系統?說真的,誰知道呢?因此,對於這個觀點,我覺得大家自己感受就好。

不過根據熵增定律,我們還能夠得出一個結論,那就是如果宇宙真的是封閉的系統,宇宙的末日可能就是原子們都太活潑了,以至於連物質都構不成,也就是一種熱寂的狀態。


鍾銘聊科學


往前只是主觀,死人有時間嗎?若有輪迴,哪怕是死了一萬年也只是一瞬就能重生,確定石頭是沒有生命的嗎?人體組成的細胞本身能不能感知生命?可不可以說是石頭組成了人體?描述很簡單,我不單純的因為文章的長短而較勁或者非得得贊得評論,因為我文憑不高,更沒有什麼權威,想法都有,但我覺得應該考慮我的想法。時間是金錢是主觀,時間是生命便是客觀。

沒文憑,沒知識,以上僅是自己所想。


吉運吉爺


時問之所以有方向性,因為時間的最初原理是根據光速運動規律來設定的,光速最初在人們的意識中是一瞬間即眨眼的工夫而在西方科學中即設計為秒,因而也把光速稱為為秒速。在物理學中光速不變,永遠向前一去不返,正如流水一樣,因而在我們日常生活中有時光流失的概念而光速的流失(損耗)是通過時間來設計的(光速反向做為時間前進的方向,當然時間也是由太陽,地球,月球三者之間的運動關係來確定的,所以時間又有周期性的季節變化,在物理學中稱為時空彎曲(廣義相對論)。這個過程很複雜一時很難說清楚,但總的來說,時間是時光和時空或者空間與光速的統稱,時間也是一種動力,動力是有方向的,但時間並不是實體,而是人類根據自然規律和變化推演出來的一種計算公式並把它運用到自已實際生活中來成為人類應用工具,所以時間本身也是有限的,也它只專屬於人類應用,超出了人類應用也就沒有多大價值,只能成為人類幻想和盲目猜測……


手機用戶5828008812


時間的本質就是萬物的週期性。我們人類的時間大概就是我們日常所用的公元紀年法,也就是日期。這個日期不過是方便記錄地球人的人類活動週期的一種方式。


1我的地理觀


這個問題本質上就錯了,首先,本質上是不存在時間的,“時間”只是人類為了記錄事物變化而創造出來的工具;其次,時間表現的不可逆,根本是在事物變化的不可逆。


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