你有没有打过苍蝇?你有没有发现,苍蝇的反应特别快,你明明已经用最快的速度拍过去了,它还是能轻松躲开。
为什么苍蝇反应那么快?是因为它脑子转得快吗?
不全是。还有一个很重要的原因:苍蝇对时间的感知和我们不一样。对苍蝇来说,我们的动作就像慢动作一样!
按理来说,时间这么常见,天天都在用,应该是这个世界上最简单、最没什么可说的东西才对,但是实际上,从牛顿到爱因斯坦,物理学家研究了好几百年,到现在也没人能真正说清楚时间到底是什么。
这是怎么回事呢?
时间被当成一个严肃的科学问题来研究,最早是从牛顿开始的。在牛顿看来,时间就像一条河,不管宇宙里发生了什么,它都均匀地往前流,不会因为任何东西而改变。
今天的1小时和100年前的1小时,在牛顿眼里是完全一样的,这就是牛顿所说的绝对时间,它独立于空间和物质,自己流自己的。
爱因斯坦出现以后,这一套就被彻底打破了。他认为时间根本就不是均匀的,速度和引力都会影响时间。
一个物体运动得越快,它的时间就走得越慢,离大质量天体越近,时间也会变慢。所以时间也不是一条对谁都一样的河了,你在不同的地方、以不同的速度运动,你手里的时间和别人手里的时间,就不是同一回事了。
时间为什么只能向前?
不过,就算时间不是绝对的了,时间还只能往前走,回不了头。
我们记得昨天,却没人见过明天提前到来,杯子摔碎了拼不回去,泼出去的水收不回来,破了的碗也回不到原来的样子。
这跟空间完全不一样,在空间里我们可以往左走也可以往右走,往前跑也可以往后退,唯独时间不行,它好像只能朝一个方向走。
给这个"只能向前"提供解释的,是热力学。
热力学里有一个很重要的概念,叫熵,简单来说,熵就是衡量一个系统混乱程度的量,系统越乱,熵就越大。
热力学第二定律告诉我们,一个孤立系统里的熵只会增加,不会自己减少,也就是说,一个系统只会越来越混乱,不会自己变得越来越有序。
杯子摔碎了以后,碎片散落一地,熵增加了,要让这些碎片自己拼回一只完整的杯子,就等于让混乱自己变回有序,这在物理上是做不到的。
时间之所以只能向前,在热力学看来,就是因为熵只能增、不能减,过去的已经乱了,回不去了。
不过,熵增虽然解释了时间为什么只能向前,它却回答不了另一个问题:宇宙诞生之初,为什么熵那么低?
热力学第二定律说的是熵会不断增加,可这样一来,宇宙刚诞生的时候,熵就应该处在一个非常低的水平,后面才有那么多可以增加的余地。
这个初始的低熵到底是从哪里来的?为什么宇宙一开始会那么有序?到现在也没人能给出答案。
也就是说,热力学告诉了我们时间是怎么往前走的,却没有告诉我们,时间为什么能有一个这么特殊的起点。
人为什么觉得时间有快有慢?
可能有一些网友有这样的感觉:等公交车的时候,十分钟像是过了一个小时那么漫长;
刷手机看视频的时候,一个下午眨眼就过去了。同样是时间,为什么有时候觉得特别慢,有时候又觉得特别快?
科学家发现,人类对时间的感知其实并不是客观的。
我们觉得时间过得快还是慢,并不是时间本身变了,时间还是那个时间,是大脑在"计算"时间。
大脑判断一段时间有多长,靠的是它在这段时间里处理了多少信息,处理的信息量不一样,算出来的时间长短就不一样。
等车的时候,没什么事情干,大脑处理的信息很少,每一分钟都等得清清楚楚,就觉得时间走得特别慢;
刷手机的时候,脑子不停地在接收新内容,整个人陷进去了,几个小时不知不觉就过去了,就觉得时间过得特别快。
所以,我们对时间快慢的感觉,是大脑根据信息处理量算出来的,不是时间真的变了。
不用钟表,还能定义时间吗?
我们说时间,总得有个参照,白天黑夜是参照,钟表上的指针是参照,太阳的东升西落也是参照。要是把这些参照全部拿走,时间还能不能存在?
这不,英国伯明翰大学的科学家拿大约24000个铷原子,用激光把它们冷却到了极低的温度,让这些铷原子进入了一种叫玻色-爱因斯坦凝聚态的奇特状态。
在这种状态下,一大群原子会表现得像一个整体一样,几乎是同步地运动,就像一大群鸟整齐地飞在一起那样。
科学家就用这团铷原子构建了一个封闭的"迷你宇宙",这个系统和外界完全隔绝,没有外部的参照物,也没有外部的时钟。
在这个封闭的"迷你宇宙"里,科学家发现不需要外部时钟,光凭系统内部熵的变化,就能定义时间。
原子之间不断发生相互作用,系统内部的熵就随着这些相互作用一点一点地变化,而熵的这个变化过程,本身就给出了一个"时间刻度"。
时间不需要钟表来规定,它可以从系统内部自己长出来。
一直以来,我们都以为时间就像空间一样,是本来就摆在那里的东西,宇宙一诞生就有时间。
但伯明翰大学的实验暗示,时间可能是从量子相互作用中"涌现"出来的一个副产品:原子和原子之间相互作用,产生了混乱度的变化,混乱度一变,时间就跟着出现了。
当然,这毕竟只是一个实验给出的线索。24000个铷原子组成的这个"迷你宇宙",和真实的宇宙比起来,规模差着不知道多少个数量级,时间到底是不是真的从量子世界里涌现出来的,现在还没法下结论。
接下来,科学家还得做更多的实验,看看在更大的系统里,时间是不是还能这样从内部自己长出来,要是能的话,那时间从量子世界里涌现出来这个想法,就站得住了。