09.24 時間是什麼?為何時間不能倒流...關於時間的一切答案都在這


1.令人難忘的精妙故事

時間是什麼?為何時間不能倒流...關於時間的一切答案都在這

著名都市懸疑劇集《世界奇妙物語》有一期說:日本社會N年後文明程度很高,各方面都體現人性化,法律取消了死刑、刑期不斷縮減,即使重刑犯也不過關押15天。

某小混混犯了重罪,知道被判15天簡直笑瘋了,以為很快就出來繼續為所欲為,和他的女朋友約好15天后來監獄門口迎接他。


然而進到監獄之後就被注射一種藥物,讓他進入一種感覺很真實的夢境中。

夢中他被吊在一個木架上,腳下是被太陽烤得滾燙的鐵管。這個狀態讓他要麼手被吊著生痛,要麼腳被鐵管灼傷,整個過程感受十分真實且煎熬,當然也不會死。


這一天下來相當疲憊,但畢竟是社會人,他在這種折磨中硬生生挺下來,而且覺得只要堅持15天就行,並不是一個很漫長的事。

15天到了他突然從夢幻中醒來,以為自己馬上就要被釋放,不禁流露出得意的笑容。

管理人員指了指牆上時鐘,他驚恐地發現在夢幻中經歷的15天,在現實生活中僅僅過去5分鐘!也就是說:他在現實中全部的刑期相當於夢幻中4320天!當他意識到這個殘酷的現實,立刻絕望地哀嚎起來,而行刑人員又把下一輪藥劑注射進去……

時間是什麼?為何時間不能倒流...關於時間的一切答案都在這

這個藥劑,相當於在時間軸上取了5分鐘,然後把一個人熵增速率調快到15天,讓這個真實的5分鐘“膨脹”成夢幻中的15天,而人在這“虛假的”15天內經歷的一切變化都無比真實。

這是極端可怕的刑罰,它扭曲了人對時間的感知,深度摧毀心智。

當他出獄時,整個人衰老成老頭,佝僂嶙峋步履蹣跚。他的身體切實經歷了4320天的折磨,他的認知和感受都有這段痛苦經歷,因此從生理到心理都完全按照4320天的折磨去衰老,但真實時間只過了15天。


他女朋友本來在監獄門檻迎接,結果看來看去沒發現年輕人,只有個老頭顫巍巍出來,而老頭從旁邊經過,似乎也忘記了她。


這個故事背後的深層思想是“變化的絕對和時間的相對”。讀完本文,你就會對這個思想深刻了解。


現在回到【時間是什麼】這個問題上——


2.如果沒有時間會怎樣


要回答時間是什麼很難,不妨先反過來想:如果沒有時間,或者時間靜止會怎麼樣?


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小時候看《恐龍特急克塞號》,特別羨慕“克賽”有讓時間靜止的超能力。一旦他打不過敵人就時間靜止,自己找準敵人弱點擺好Pose再讓時間運行。

當時我就想時間都靜止了,也就是鋪墊在時間之上的萬物都靜止了,為啥就克賽能動呢?這貨不是萬物之一嗎?


這個bug完全無法解釋。


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因此這種超能力還不如稱之為“定身術”更合適,《西遊記》裡孫悟空使用的定身術就比他這個超能力“科學”多了。可見有的時候蹩腳的科幻還不如神話。

這裡說“時間靜止” 並不準確,因為“靜止”一詞是把時間當成一個會動的東西,似乎停下來之後就保持了這一刻的永恆。但恰恰是因為有了時間才有運動,才有“動”與“靜”的差別。


沒有時間就不會有運動。小到基本粒子大到宇宙,任何運動似乎都與時間有關;沒有時間也就不會有什麼東西的狀態發生改變,它就那樣不會變——這與我們直觀感受“時間靜止”是一樣的。

所以如果沒有時間,事物的空間位置和性質狀態都不會變,總的來說就是“物質不變”。

但為什麼物質會變化呢?為什麼物質就非得動個不停、不斷變化呢?理論上有沒有物質不變的終極狀態?

還真有!


那就是“熱寂”。是宇宙整體熵增達到最大、所有物質到熱平衡、沒有任何能量可以轉移的狀態。


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當萬物進入熱寂,沒有了運動,一切都不再變化。那不是相當於“時間靜止”,或者叫“時間不存在”了?

其實進入熱寂也不是時間就不存在,只是時間變得沒意義——萬物都沒有任何變化,從現在到將來都不會變、從將來往回看也沒變,時間有什麼意義?

3.時間的意義


從上面的推演可知:時間的意義就在於給出萬物變化的可能並標定變化。

但時間並不是萬物變化的動因,熵增才是。

熵增規律告訴我們:一個低熵的東西天然具有變為高熵的趨勢。但是這個趨勢要得以實現,由時間提供“變化的可行性”。

也就是物質從低熵變為高熵發生變化,這個變化要通過時間來標定。如果沒有時間標定,那麼物質無法“區分”究竟變沒變。

如果用空間來類比就更好理解:

一個東西在哪裡,需要空間座標標定位置。如果沒有空間座標,也就是沒有參照物來比較,當然無法標定其位置,也就無法區分這個東西動沒動,或者運動沒有意義。

在二維平面座標系下,只有兩個互相垂直方向的運動“可能性”,只有前後左右,沒有上下這個第三維才有的“可能性”。

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我們生活在三維空間,沒有第四維提供這種“可能性”讓我們去到、標定相應的座標,因此我們連想象四維空間都很難。

說回到二維空間。物體前後左右運動可能有各種內在原因,比如要覓食要交配,這些原因不是空間規定的,但是空間提供了物體運動的可能性——二維空間可以在前後左右四個方向覓食交配,三維多了上下方向。

時間也是類似,在時間軸上每個點標定了物質變化的各種情況。有了時間軸也才有了物質變化的一系列“記錄”,時間提供了物質變化的可能性。

時空給物質變化提供的可能性就像錢——有了一筆錢,買什麼東西有別的原因,但是能不能買,錢提供了這種“可能性”。


“熵增”相當於物質變化的“內因”,時空則為物質變化提供可能性、可行性。


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所以愛因斯坦把時間和空間統稱為“時空”,這個詞表達了物質存在的可能性既包含空間範圍,也包含時間範圍;二者共同決定物質存在,不可分割——

這也是愛因斯坦相對時空觀的基本理念。如果是牛頓學說,時間和空間是可分的,這是絕對時空觀。

4.時間為什麼不可逆

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具有歷史感的物品能把人的感覺拉回過去,人卻不能回到過去


  • 孤立系統中的熵只會增大,不會減小。這就導致物體一定是從熵低往熵高變化,這個變化不可逆。

這是熱力學第二定律的基本表述。在這裡重複這個定律只是為了試圖說明一個問題——為什麼時間不可逆?

這個困擾很多人的問題到這裡就比較明確:

  • 因為熵增是不可逆的;
  • 又因為時間標定了熵增過程;
  • 因此時間不可逆。

理論上時間也不是不可逆。我們也經常看到有局部時空熵不僅不增反而減少,比如生命就是通過獵食低熵物質,降低自身的熵從而達成生存。

但是時間囊括和標定了一切物質的變化,如果要讓時間倒流,那麼就要讓一切物質都熵減,而不僅僅是局部、一部分物質熵減,這顯然不可能做到。

更何況一部分物質熵減,都是通過加速其他物質熵增來實現的。從整個宇宙的角度來說,宇宙本身就是個孤立系統,因此整個宇宙的熵持續增加不可逆,標定熵增變化的時間也就不可逆。

5.時間是什麼


到這裡時間是什麼就逐漸清晰起來,從熵的角度基本上可以說是:

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時間就像一個帶有刻度的水管,物質就像在水管中奔流的水。管道提供了水流動的可能性,刻度記錄了每個水滴在每個位置的狀態。

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這種類比古人也說過:大江東去,浪淘盡,千古風流人物。古人在信息高度匱乏狀態下能把時間與流水類比,不得不說極具智慧。

相同環境下,一塊石頭遠比一個生命體更能穩定長存,這是因為石頭的熵遠比生命體高,因此石頭熵增可能性低,通俗來說就是石頭沒什麼好變化的。

不變,就相當於時間靜止,或者極慢地流逝。

時間是什麼?為何時間不能倒流...關於時間的一切答案都在這

資料來源:彭澎/中國科學院地質與地球物理研究所/博士生導師

上面圖中岩石是地球上最古老的、現有確切年齡的岩石,名為“阿卡斯塔”(Acasta)片麻岩,年齡40億歲。

時間對這塊岩石來說幾乎停滯,它40億年就幾乎沒變。但任何生命個體都沒有存在這麼長時間,超過1萬年的生命個體也沒有。

生命體熵增太快,以至於不得不產生“基因”這種東西,通過“繁殖”來延續生命體存在——相當於拋棄載體,薪火相傳,而這塊石頭根本不需要這些,它長存不朽。

時間對石頭沒有什麼顯著“作用”,但是對生命體“作用”就明顯,即石頭要變化一點點需要很長時間,而生命體只需要一點點時間就變化很多;

對於石頭來說很短的一段時間,對於生命體而言可能就很長,這相當於石頭對生命體而言,時間更“慢”了。


小孩代謝比老人快,熵遠低於老人,因此小孩熵增的可能性和速率遠大於老人,相同時間作用於小孩比作用於老人產生的變化更大,因此小孩感覺時間慢,老人感覺時間快。

有段話說:有的人活了20歲,但是80的時候才埋。意思是剩下60年都是白活,重複了60年沒有什麼變化。這段話就通俗地表達了“變化”與時間的關係——

一定要有足夠多變化,才能體現時間的“意義”;否則就是在時間軸上向前伸展而已,沒有在時間軸上“標定”出一些痕跡。

時間是什麼?為何時間不能倒流...關於時間的一切答案都在這

所謂“生命的寬度”就是在時間軸上伸展的過程中多做一些“標定”,多做一些改變,這相對於什麼都不做的人而言變化就多了,單位時間的“作用效果”就多,就像小孩子相對於老人、生物相對於石頭,時間似乎也就“慢”了下來。

“只要你速度夠快,看什麼都是慢動作。”

不過對於沒有生命的物質,不需要“在乎”自己變不變,變不變它都存在,或者換個形式存在;

但是生命體必須“在乎”自己的改變,否則就死掉了、就不存在了,因此生命體演化出“在乎”時間的系統,這就是“生物鐘”。

6.到人這裡,時間變成一種必須依賴的感覺


生物對時間的感知只是為了求存,由於演化速率不一樣,不同生命體對時間的感知不一樣。

其他生物根本“不在乎”時間,它們按照自己的生物節律生存繁衍,雖然這個節律與時間有關;但是到了人這裡就超乎尋常重視時間,因為人類世界一切思想都鋪墊在時間上。


時間是什麼?為何時間不能倒流...關於時間的一切答案都在這

康德認為時間只不過

我們的先驗直觀形式(通俗來說是一種幻覺),在客觀上(人不可達到的那個彼岸)並不存在。


但時間對於一般人來說是:

人類因求存而感知到的、熵的速率變化。

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銫原子鐘

現在這種“變化”被銫原子鐘標定下來,將人的感知與物理現象統一。

顯然不同的人對時間的感知不一樣,就像前面所說老人和小孩就覺得相同一段時間不一樣長。用不依賴感覺的客觀物質(銫原子鐘)進行標定,目的是為了把全人類對時間【共識】統一,大家都不因為自己的感覺不一樣而自說自話。很顯然不這麼做就亂套了。

上面幾個例子中反覆使用“相對”,其實“科學之神”愛因斯坦早就在用。

時間是什麼?為何時間不能倒流...關於時間的一切答案都在這

他的相對論就是在說時空是相對的,只是他說的是光速不變,而我說的是熵增不變。


熵增是目前人類所認識宇宙中鐵得不能再鐵的鐵律。


回到本文一開始提到:


“變化”是絕對的,時間是相對的。


至此,相信你已經對什麼不變、什麼變化有了新的理解,也理解了時間究竟是什麼。


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