「时间」到底是物质概念还是哲学概念,如果没有「时间」概念,世界会是什么样的状态?
赵泠,衣沾不足惜,但使愿无违。 查看知乎原文 时间不是物质,时间是物质的运动模式体现的非物质事物之一。 各种哲学谈论的词语“时间”往往和我们真正经验的时间无关。 爱因斯坦说,时间是时钟测量的东西 /Time is what a clock measures。时钟可以是任何正在经历不可逆变化的事物,是一种热力学装置。无论…
时间不是物质,时间是物质的运动模式体现的非物质事物之一。
各种哲学谈论的词语“时间”往往和我们真正经验的时间无关。
爱因斯坦说,时间是时钟测量的东西 /Time is what a clock measures。时钟可以是任何正在经历不可逆变化的事物,是一种热力学装置。无论某人对“时间”这个词语有没有概念,某人的生物身体是时钟。
- 人、猫、狗、鼠等动物可以表现出估测特定时长的能力,这些动物的脑包含与此有关的细胞[1]。
- 而且,计测时间并不总是需要脑。实验显示,大鼠在被完全移除大脑皮层后仍然表现出“可以估计约 40 秒的时间间隔”[2]。
- 绝对准确地计测时间,需要无限的能量,并产生无限的熵[3]。
在量子力学里,时间是量子力学方程中一个平滑变化的参数,用于衡量可观测物体的演化。基本粒子上没有可以通过测量读取的“精确的、固有的时间戳”。时间的方向可以是暧昧的(Rubino, G., Manzano, G. & Brukner, Č. Quantum superposition of thermodynamic evolutions with opposing time’s arrows. Commun Phys 4, 251 (2021). https://doi.org/10.1038/s42005-021-00759-1 )。
在广义相对论里,时间是时空的维度之一,与空间不可分割,时空会受到物质和能量的影响而弯曲。
试图协调上述二者的理论,例如宇宙学全息原理,试图将四维时空结构解释为由量子信息构成的全息图,时间类似空间。
霍金 – 哈特尔无边界条件下,宇宙涌现时,时间的举动类似空间。这个宇宙的时间不能追溯到“宇宙出现前”,大爆炸不能有“大爆炸奇点”,因为霍金 – 彭罗斯奇点定理显示时空无法从一个点里平滑而稳定地展开。热大爆炸现在描述暴胀结束后宇宙的演化。
至少在可观测宇宙的范围内,“时间的起源”是宇宙涌现相关的量子事件。
“时间不存在”的想法自古有之,爱因斯坦也说过“时间是幻觉”——那是为了构建他比较喜欢的永恒存在的宇宙模型。近年来,一些物理模型不含时间,至少不含“有方向性、平滑、不可逆”的时间。不过,这类模型普遍假设因果关系仍然存在,你大可将因果顺序重命名为时间。拿这些模型来宣称“时间不存在”更多地算是惊吓一般读者的噱头。
卡洛·罗威利称时间出现在热力学背景下(也就是几十年前时髦过的“热力学时间之箭”思想),是“派生概念”而不是“客观存在”。看起来,他在这里忽略了世界是否真实之类问题。
人们有时会误以为“普朗克时间”是时间的最小单位,其实并非如此。在普朗克时间内发生的事件是无法通过已知的物理原理进行观测的,但霍金辐射之类假说依赖那些事件。量纲分析建议,对于普朗克时间之内发生的事件,量子力学与引力的效应都有很大的影响,需要完善的量子引力理论。
如果普朗克时间是时间的最小单位、普朗克长度是空间的最小长度单位,那么量子泡沫的涨落应当让哈勃空间望远镜之类观测到的极遥远的天体呈现模糊不清的状态,与观测事实不符[4]。有几种模型能将上述模糊效应压缩 10^15 到 10^30 倍来强行兼容现在的观测事实[5],我认为那并不可靠。
关于时空连续的观测数据:
- 2011 年,ESA 的 Integral 天文卫星(国际伽玛射线天体物理实验室)测定了伽马射线暴 GRB 041219A 放出的不同能量伽马射线的偏振程度差异,未找到空间离散的证据。如果空间离散,那么其基本单位的长度不会超过 1e-48 米,这远低于普朗克长度[6][7]。
- 2020 年,欧洲南方天文台甚大望远镜的 ESPRESSO 光谱仪观测了一团共动距离 180 亿光年以上的气体云,它后面有个明亮的光源。气体云中存在铁原子,能以特定的波长吸收背景光。从地球上的我们看来,如果时空是连续的,那么由气体云导致的吸收线应该和气体云就在我们旁边时一样狭窄。如果时空是离散的,那么在数十亿光年范围内传播的光将会扩散开来,改变吸收线的宽度。结果是,ESPRESSO 没有发现任何时空离散的迹象[8]。
- 2022 年 10 月 9 日,我国的高海拔宇宙线观测站(LHAASO,“拉索”)探测到来自伽马暴 GRB 221009A 的约 65000 个能量范围在几百 GeV 到十几 TeV 的高能光子,首次精确测量伽马暴甚高能余辉辐射的全过程。对这些甚高能观测数据的能谱时延进行的分析没有发现任何时空离散的迹象,不同能量的光子抵达地球的时间未表现出时空量子化导致的延迟。doi: 10.1103/PhysRevLett.133.071501
一些在这种情况下坚持时空离散的假说诉诸“洛伦兹不变性是在低能下涌现的现象,在普朗克能量的水平上才能观察到明显的时空离散”。我认为这已经跟被观测赶出可观测宇宙的各种神仙妖怪类似。
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