「查理史」什么是时间？（宇宙三）

1905年，伟大科学家爱因斯坦告诉大家，时间是幻觉，人们对于过去、现在和未来之间的区别只是一种错觉。咋一听，很难接受和理解。

上期我们聊到，牛顿认为宇宙有主时钟，时间是真实存在的的，不受任何事物的影响都会流逝。

而爱因斯坦在狭义相对论中指出，时间的测量，取决于每位观察者的运动。

比如说一个人坐在每秒50米的火车上，火车上有一个皮球正在以每秒3米的速度在滚动着。在火车上的人眼中，这个皮球的速度是每秒3米。可是人要是站在月台上再看这个皮球，速度就要叠加上火车的速度，也就是说每秒53米。

于是很多人就想当然的觉得光速也是如此。然而，1887年，美国的物理学家迈克尔森和莫雷进行了一个实验，给大家带来了意想不到的结果。这个实验被后人称为迈克尔森莫雷实验，他们在实验中发现说，不论地球运动的方向和光射出的方向是一致的或者是相反的，测算出来的光速永远是相同的，也就是说光速不变。

按照这个结果，如果将上面火车上的皮球换成一个光子球，就意味着无论是火车上的人还是月台上的人，他们看到这个光子球的速度都是每秒3米的速度，因为光速不变。迈克尔森莫雷实验做了几十年。实验的环境和条件改变了很多次，但是结论永远是一样的。

那么什么是光速？

光速（Lightspeed）是指光波或电磁波在真空或介质中的传播速度。真空中的光速是所发现的自然界物体运动的最大速度。

它与观测者相对于光源的运动速度无关，即相对于光源静止和运动的惯性系中测到的光速是相同的。可见光速是宇宙的终极速度极限，c0=299792458米每秒。

在这里问大家一个问题，光年是时间单位还是距离单位？在节目最后，我会揭晓答案。

扯远了，回到正题。

爱因斯坦认为在这个世界上根本就不存在绝对的时间，也不存在绝对的空间。他提出了一个时空统一理论，也就是说时间与空间是一体的，叫做时空。我们不能光说时间如何或者是空间如何，而应该说时空如何。

物理学家把构成世界的物质叫做场。

比如说有什么温度场、电磁场，而时空就是引力场。引力场和世界上的其他物质并没有什么区别，它们都是场世界，是一个多个场的叠加，引力场是其中的一层。和其他的场一样，它既不是绝对的，也不是均匀的固定的，它可以弯曲伸展，还会和其他的场相互作用。

按照这个说法，引力场也就是时空可以像平面一样的平滑。而这就是我们所熟知的牛顿所描述的版本，但是场也可以波动起伏。科学界所提到的引力波就是如此，它会收缩，也可以膨胀。这样光速不变的迷思就解决了。光速不变是因为时间在变，那么时间的变化有没有什么规律呢？

这就不得不提到爱因斯坦的相对论了。爱因斯坦的相对论包括狭义相对论和广义相对论。这两个理论。根据狭义相对论，高速移动物体的时间流逝，比静止物体的时间流逝要慢。而广义相对论则是说处于强引力场的物体，时间流逝的比弱引力场的要慢。

也就是说站在地上的人头部时间的流逝要比脚下的时间流逝要快一些。因为头离地远，比起脚引力场要弱一些。这样说来，时长倒立的话，可以美容美颜，这个说法还真的是挺有科学依据的。

那么爱因斯坦说的到底对不对呢？我们来看几个经典的例子。

1971年就有这么两位较真的科学家做了一个实验，约瑟夫·哈菲尔和理查德·基廷用几台铯原子钟做了一个实验。这个铯原子钟是以原子核的标准频率来计算，以及保持时间的准确度的。

国际计量局在2020年给出的报告说，德国的某一种铯原子钟，在1亿8700万年的时间里的误差，是1.7乘以10的-16次方，这连一秒都不到。

所以用它来做实验，衡量时间是否变化了，也就非常可靠了。我们回到实验，哈菲尔和基廷把两个四个原子钟分别放在了两架商务客机上，一个往东边飞，一个往西边飞，并和另外一个原子中进行对比。这一个是放在美国的海军天文台。

之所以要一个向东，一个向西，意思是说让顺着地球自转方向的飞机获得更快的相对速度，而逆着地球自转的飞机，自然来说相对速度就会慢一些。这样两个飞机之间的速度差距就会变大，实验结果的差别也就更明显了。

我们之前说按照广义相对论，引力场弱的地方时间会变快。按照狭义相对论，速度快的物体时间会变慢，飞机上的原子钟处于高空高速，而天文台的原子钟是在地面的，是静止的。所以爱因斯坦的两个相对论的因素就需要都加进去。

实验结果怎么样呢？往东飞行的飞机上的原子钟比地面上的慢了59纳秒。而往西飞行的飞机上的原子钟比地面上的快了273纳秒。爱因斯坦的广义相对论和狭义相对论同时得到了验证。

其实我们现在使用的GPS定位系统，也是需要每天根据相对论进行时钟校对的。否则，卫星上的原子钟每天会比地面的时间快38微秒。大家别觉得这好像也没差多少，如果我们考虑到GPS系统要求纳秒级的时间精度，这个误差可就非常可观了。38微秒等于是38000纳秒，如果不加以校正的话，GPS系统每天就会累积大约10公里的定位误差。

2015年，美国的宇航局做了一项特别的生命探索实验，来了一对双胞胎宇航员斯科特·凯利和他的哥哥马克·凯利。

他们兄弟两个是同卵双胞胎，所以拥有相同的基因组。美国宇航局将斯科特送上了太空，在国际空间站待了340天，而哥哥则是留在了地球上。等着斯科特回来之后，对比两个人基因的变化，以研究太空生活对人体的影响。

美国宇航局的研究切切实实的证明斯科特比马克衰老的要慢一些了，怎么回事呢？原来美国宇航局在做基因检测的时候，发现斯科特在上太空期间身体衰老的速度出现了显著的减缓。这是因为位于染色体末端的端粒缩短的速度变慢了，这个端粒又是个什么东西呢？

端粒是存在于细胞染色体末端的一小段DNA它的作用是避免染色体受损。但是随着人的年龄增长，端粒会变短，细胞随之逐渐的老化死亡。而在这一次双胞胎太空实验当中，斯科特的端粒缩短速度变慢了，而马克的端粒却还是在以正常的速度持续衰老。

不过当凯利回到地球之后，他的端粒很快又恢复到正常的缩短速度了。中国有一句话说，天上方一日，地上一千年，就是说在不同的方位，时空时间的变化速度是完全不同的。可能天上刚过去了一天，但是在我们地球上都已经经历了一个文明的兴衰了。看来我们祖先的智慧已经赶超今天的科学研究了呀。

基于爱因斯坦的相对论以及时空统一的思维宇宙观。2015年，美国麻省理工学院哲学教授布拉德福史高提出了一个块宇宙的理论。

这个理论认为说既然按照爱因斯坦的时间统一理论，时间和空间不可分割，都是一维时间加三维空间这样一个四维宇宙的一部分。在这其中所发生的所有事情都在时空中有着自己的坐标。

块宇宙是绝对静止的，在四维时空中静止没有什么时间的流逝，也没有什么斗转星移，世界就是静止的。一块时间轴上，每一个时间点，对应着一个三维空间在那个瞬间的影像。整个块宇宙就是由无数个这样的三维空间影像所构成的。

如果我们能够跳出来看块宇宙的话，就如同我们在这个世界看电影一样，你能够选择任何一个时间点来观看当时所发生的事。

既然说到看电影了，大家都知道按下播放键之后，电影就会顺着时间不断的播放。那么块宇宙理论当中应该也有这个对应的播放键一样的东西，让我们的人类感受到时间不可逆的流逝。

麻省理工学院的物理学家、哲学家马克思泰格马克和英国的物理学家朱联巴伯认为说，这个开关就是我们的大脑，时间流逝是我们大脑的错觉。

大脑的神经元结构让我们对过去拥有记忆。但是我们不知道未来会发生什么，所以记忆才会让人们产生了时间有在流逝的概念，让我们以为一切都是从过去到现在之后再到未来。

1919年。物理学家爱丁顿。这一次日全食观测中，证明了广义相对论。1928年。爱丁顿在《物理世界的本质》中。将时间总朝一个方向流逝。称之为时间之矢

爱丁顿认为。这与熵有某种联系。如果我们沿着箭头的方向走。发现越来越多随机的元素。那么箭头就指向未来。如果随机元素减少，那么箭头就指向过去。

什么是熵？

熵（拼音：shāng，希腊语：εντροπία (entropía)，英语：entropy）泛指某些物质系统状态的一种量度，某些物质系统状态可能出现的程度。亦被社会科学用以借喻人类社会某些状态的程度。熵的概念是由德国物理学家克劳修斯于1865年所提出。最初是用来描述“能量退化”的物质状态参数之一，在热力学中有广泛的应用。但那时熵仅仅是一个可以通过热量改变来测定的物理量，其本质仍没有很好的解释，直到统计物理、信息论等一系列科学理论发展，熵的本质才逐渐被解释清楚，即，熵的本质是一个系统“内在的混乱程度”。它在控制论、概率论、数论、天体物理、生命科学等领域都有重要应用。

1988年，英国物理学家霍金出版了《时间简史》。这是一本关于时间，空间和宇宙的科普书籍。霍金发现了三个不同方向的时间之矢，

心理学的箭头方向。他支撑着我们对过去的记忆和未来的想象。

热力学的箭头方向。他是熵增加的方向。

宇宙学的箭头方向。他是宇宙大小增加了方向。

21世纪的物理理论认为，时间是连续的、不间断的，也没有量子特性。一些至今还没有被证实的，试图将相对论与量子力学结合起来的理论，如量子重力理论、弦理论、M理论等。一些理论猜测普朗克时间可能是时间的最小单位。

至此对时间做一个总结，仅代表个人观点。

1、时间（Time）是抽象的，是物质永恒运动、变化的持续性、顺序性的表现。时间是人类用来描述物质运动过程或事件发生过程的一个参数，确定且真实的时间，不受外界的物质周期性变化规律的影响。例如月球绕地球周期，地球绕太阳周期，地球自转周期，原子震荡周期等

2、时间是标注事件发生瞬间及持续历程的基本物理量。符号为t，在国际单位制中，时间的基本单位是秒，符号为s。时、日、月、年、世纪的时间计量属天文学中的历法范畴

3、如果时间开始于宇宙大爆炸，探究爆炸之前则毫无意义。那么是否起源于大爆炸？

4、时间没有起始和终结，并且始终向前流逝。

时间分为时刻和时段两部份。

a.时刻：t (- ,+ )为“无尽”，指“时间没有起始和终结”。

b、时段： t>0为“永前”，指“时间的增量总是正数”。

从早期动植物到人类文明诞生，再到众多智者和哲人的思考探究。从绝对到相对，从时间到时空，我们仍然在追问，有关时间的终极答案。

最后，光年是时间单位还是距离单位？在这里揭晓答案。

“光年”是一种由光速延伸出来的长度单位定义，一光年指的就是，光在真空当中传播一年时可以达到的距离。

感谢您已经看到这里，分享一首明日歌给大家。

明日复明日，明日何其多。我生待明日，万事成蹉跎。世人若被明日累，春去秋来老将至。朝看水东流，暮看日西坠。百年明日能几何，请君听我明日歌。

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