時間在物理上怎麼解釋？

01-23

通俗一點最好，thanks

1、物理學負責解釋物理現象，不負責解釋名詞，名詞解釋請翻《現代漢語詞典》

舉例：蘋果在樹上、柜子上、或是任何高處，都會自發的落到低處，不僅僅是蘋果，在地球上的任何東西沒有東西支撐的時候都會自發的從高處落往低處。請問這個現象，物理上怎麼解釋？

答：經典力學認為，任意兩個有質量之間的物體都存在萬有引力，物體在沒有東西支撐的時候自發的落向地面或是從高處落到低處，是因為地球對該物體的萬有引力作用。

舉例：蘋果在物理上怎麼解釋？

答：物理不負責名詞解釋，請參閱《現代漢語詞典》

蘋果

2、並不是所有的現象，都有物理解釋

舉例：為什麼光速在任何參考系都是一個恆定的值。

答：這是觀測事實/基本假設。

回到問題

答：時間

好吧，我再補充最關鍵的一點：

物理學是利用科學方法揭示萬物運轉規律的學問，其試圖用簡潔的規律描述我們看到的物理現象，所謂時間、空間、質量、能量、電荷全部都是用來輔助解釋現象所引入的概念。

--------------巨短暫地更新線---------

剛去研究了一下其他答主的回答，有些想法很棒，在這裡簡要發表一下自己的見解。

首先，答主你要是真的對這個問題感興趣就來學物理吧！！！！物理對這樣的問題基本都有解釋！你會發現看世界的角度變了！就好像問蜈蚣怎麼穿鞋，答案卻是蜈蚣不穿鞋一樣。。。。很多看起來是問題的問題，在理論里是不存在的。

a· @Ivony 的回答，「時間、空間、質量、能量、電荷全部都是用來輔助解釋現象所引入的概念。「

跟高中生講的話，我也會這麼解釋。不過要是一個理論還要定義這麼多麻煩的量，那物理就不好玩了！！！簡單即是美嘛~ 為什麼世界是量子化的，為什麼有電荷，質量是什麼等等其實根本上性質都一樣，表象不同罷了。手頭上正在看的量子場論，給我的感覺就是，有了fluctuation，世界chua~~~~的一下就都有了！！！所以也不用太傷心~

b· @陸夢詩時間迴流，數學上還真的是一個很重要的概念哦！歡迎跳入T symmetry的大坑。。。。甚至還有在倒流時間中不會退回原來的狀態的系統，題主你信不？

c·張自立的回答裡面提到原子鐘，是另一個很好的關於時間怎麼來的的想法。與其定義一個滴答滴答的頻率，不如去找一個物理上」均勻「的事件。但是原子等等的衰變被證明出來是均勻的，在什麼方向上均勻，說來話長。。。。題主有興趣可以去看看一本叫原子鐘歷史（the history of atom clock）的書（作者NF Ramsey），相信你會對時間有新的認識。

d· 好吧別的答案也各有特色，我還沒想好。。。待補充。。。。

各位入坑愉快。。。。。。。

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不請自來。

我聽過別人對我解釋「時間」這個概念，歸納一下基本有以下4種：

1、第四維度

2、熵增（文藝一點說，記憶）的方向

3、鐘的讀數

4、為了解釋物理學定律引入的定義（基本跟什麼都沒說一樣）

最近忙著複習量子力學，我又開始重新思考這個問題。契機來自於看海森伯測不準原理的相關資料。

所以下面我會試著從一個奇葩的切入點談談我對時間的理解-------算符（operator）

先說結論，主要解釋了第四條，時間為什麼是被定義出來的。

盡量講通俗些，非專業人士可以略過公式，我會加上文字解釋。

（個人觀點，歡迎各路大大指正。。。）

量子力學裡，不確定性可以表示成位移的不確定度乘以動量的不確定度

$Delta q Delta p geq frac{hbar}{2}$

也可以寫成時間的不確定度乘以能量的不確定度。

$Delta T Delta E geq frac{hbar}{2}$

（注意這裡用的是大寫的T）

那麼問題來了，物理中有位移，動量和能量的算符，也就是說你能測量這些東西的平均值，不確定性等等，但是你聽說過有時間T的算符嗎？沒有！！！

通俗一點說，就是兩條意義等價的公式，裡面的元素應該性質相同對不對，但是時間這個東西，怎麼看都很隔路啊有木有？所以時間-能量測不準定律真的是對的嗎？

然而物理學家們還真是證明了，數學上來講，沒問題。

------------公式分割線，可跳過--------------

（只討論非相對論範疇）

假設不含時哈密頓量H，波函數 $psi$ ，任意一個算符A（假設我們不知道時間不是算符）

A的平均值

$langle A angle =langle psi|A|psi angle$

A的標準差

$Delta A=sqrt{langlepsi left| (A-langle A angle)^{2} ight| psi angle}$

對於任意實數 r,

$langle psi |(r(A-langle A angle)+i(H-langle H angle )(r(A- langle A angle )-i(H-langle H angle ))|psi angle$

恆大與等於0。

所以上式的解不可能為兩個不同的實根。

於是就有了A和H的測不準公式

$2Delta A Delta H geq |langle left[ H, A ight] angle |$

H的特徵值就是能量E。

所以我們有

$[<[H,A]> = <psi|[H,A]|psi>]$

根據薛定諤方程，上式又等於 $ihbar$ $[langle psi (0)|A|psi (0) angle]$ ,

那麼薛定諤方程的解就可以寫成

$[U(t)psi = exp(-itH/hbar) psi]$

這樣就滿足

$[<[H, A]> = ihbar frac{dlangle A<br /> angle}{dt}]$

綜上，我們便得到了時間-能量的測不準公式：

$[(Delta A /(|d langle A angle /dt)|) (Delta H)geq hbar /2.]$

------------------通俗的分割線-----------------

上面一串就是我一開始假定時間也是一個算符，它也有自己的理論平均值等等，然後推出來它就是能滿足測不準原理。只不過沒有到最後一步化簡，我還留著一項d&/dt。這個意思是什麼呢，就是「時間」這個東西關於自己的導數。注意，帶引號的「時間」是不同於我們知道的時間t的，就像個人名一樣。。。。。。算了通俗一點我們叫這個算符「小明」好了，避免和不帶引號的時間弄混。

小明是誰，咱不認識。。。

但是很神奇的是，跟位移*動量不小於一個常數相比，小明和能量乘積和常數的關係還取決於小明本身的變化（d&/dt）。這不就說明，如果小明隨著時間變了，測不準原理也跟著變了啊，那就沒有什麼所謂的測不準了啊！

然而在你們的高中初中物理課本上，海森伯大大還是牛逼閃閃地印在那裡，說明小明應該也是他的人。。。。。。

那麼小明是海森伯大大的人，這個身份是怎麼暴露的呢？

那小明只能不隨時間變化了。

小明就是時間本身好了。。。。

所以小明就強行被發了一張叫做「時間」的名牌。

講到這裡，你可能會問我，咦，那把小明全程當算符看應該沒問題啊？

理論上是可行的，但有兩位物理數學家Marshall Stone 和 John von Neumann搞出來一條叫做

Stone–von Neumann theorem的定律，告訴你小明不隨時間變化可以，但是這樣的東西還能和波函數相作用，和哈密頓量（也就是能量的前身）相互作用，在這個世界上是不存在的！！！

（有興趣的同學可以自行百度或谷歌，具體證明我就不寫了，其實我也沒看懂。。。。不過大致說一下物理意義就是，把d小明/dt帶入上一段得出的那個不確定性公式裡面，你會得到[H,小明] = $ihbar$ 。如果你對諧振子有了解，就應該知道，任何滿足這個條件的算符都可以鼓搗鼓搗變成新的「位移」和「動量」。可是位移和動量是無界運算元，就是可以正著負著滿世界取值都可以，可是這個性質，哈密頓量是沒有的！！！）

那物理學家們是怎麼解決這個問題的呢。。。。

好吧，我也不說d小明/dt就確確實實等於1，我就假定我有這麼一隻鍾，它的讀數就是時間變化最小的那個分度值。。。也就是說通過精確精確再精確，物理學家手裡頭的這個小明已經准到基本上能「代表」時間的演變了，誤差忽略不計，但小明就是一隻鍾，不是時間本身，引用我們教授一句話，time does not exist in physical, realistic world。。。。。。。好吧小明你就是時間啦！反正這樣的話各種定律都能推出來，實驗也驗證了沒問題。。。。。。。。

總結一下就是，你問的那個不是算符的「時間」，很不「物理」，不「物理」的東西我們就不討論了。。。。。跟你說，量子力學裡面有個小明，人特別守規矩。來我給你介紹認識認識哈。。。。。。

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嗯，參考資料：

Mandelshtam, Tamm, The uncertainty relation between energy and time in nonrelativistic quantum mechanics, Izv. Akad. Nauk SSSR (ser. Fiz.) 9 (1945) 122-128. (English translation: J. Phys. (USSR) 9 (1945), 249-254.)

Sakurai, J. J. (1967). Advanced quantum mechanics. Pearson Education India.

以及萬能的維基百科。。。

------------------------腦洞分割線----------------------------------

當然加上相對論的話，時間的定義就更糟糕了。。。。。。不過類似虛時間這樣的東西怎麼理解答主才疏學淺，還沒想明白。。。。想明白什麼的話回來更新的。

PS: 第一次在知乎上回答比較學術的問題，求各位大大輕噴。。。

時間是物質變化過程的度量, 反正我是這麼理解的

難道你知道的時間不是物理上的？秒針分針滴滴答答在轉動，日月日日夜夜在轉變，這些不都是實體嗎，你是通過什麼非物質的東西知道時間的？你每看一次時間都只有物理上的變化，某種意義來說時間並不存在，時間是描述物理狀態之間的變化量。

時間是和速度，速率，重量等一樣的物理計量系統，而分，秒等是時間的單位。

簡單來說，時間是記錄其他量的變化量而引入的系統單位，比如物體的位移從0m變成了5m，我們可以通過秒錶記錄所花的時間。而每秒的長度就和每米的長度一樣，是人為定義的。

@Ivony的回答是對的，但有一點「打擊題主」的感覺。實際上題主想問的應該是物理學裡對時間的認識是什麼吧？

這個問題很好回答，在物理學中，時間就是鐘的讀數。

物理學不是哲學，只有可觀測的量才具可操作性，也才有物理意義。迴避了研究像「時間本質」這樣無比艱深的問題，用最直觀的方法解釋世界，正是物理的魅力。

時間不一定存在，而是生物系統用來理解外界信號而假想出來的輔助思考的概念

這樣說吧，從哲學來論證時間對人類的意義。

時間絕對不是第四個緯度，因為時間是用來測量基礎三維（點線面組成的空間體）變化的一個維度，換言之，時間不能獨立於三維之外，只能建立在三維基礎上。時間描繪的是三維的變化或者說是衰老。

實例，假設我要從成都前往北京

坐動車是16個小時，特快28小時

但是坐飛機的話，花費「時間」為5小時

上面說的幾個時間，都是描述的我從成都這個位置到北大那個位置的變化，只不過變化方式不同，所以時間不同。而如果我坐的飛機失事或火車出軌（可能性微乎其微），那麼我就永遠也到達不了北京，到北京的時間是∞，也就是說因為我的位置等變化被中止，時間對於我而言就不存在了。

最後說一句，時間是個很有意思的概念，被人創造，又限制了人（如光速不可超越等），其實人類真正實現全面而自由發展的話，勢必要對時間進行重新定義。

以上皆為我一本正經胡說八道，希望對諸君思路有益。

通俗一點就是:

靜止的時候。啥事沒有!運動的時候，要用三個單位來衡量這貨幹了嘛！(時間，距離，方向)

再深入一點就是:

他就是一個不存在，但是人類約定好的一個概念。

ps:當初就不該發明這破事，弄得還有人當真了，居然還自顧自以為時間可以迴流!

好吧，人類的能級太低，必須藉助時間認知空間曲率。

觀測者自己定義的變數，就像你吃飯，自然定義了會用多少碗來衡量飯量。

人活著就是個觀測者，死了無法感知觀測這個世界，時間對於死者來說就沒有了，雖然其他活人還用這個定義。

時間脫離了觀測者其實不存在，就像人不需要吃東西，還會用碗用來衡量食量嗎。

時間的許多特性大家都知道，我也知道不少，但是我卻發現自己不知道怎麼描述時間是什麼。。。雖然我不知道怎麼描述，但是上面的觀點我不敢苟同。。。因為時間不只是一個變化量，不只是一個不存在的物理屬性，不只是一個數字，不是像牛頓認為的，一個平滑的絕對的物理的標尺。。。它是相對的，可變的，和空間是平等一個物理量。。。

關於時間

對於一個像我一樣的剛畢業的高中生來說，時間的概念未免有些高深，但不知為何，只要聽到時空有關的話語，心中未免有些小激動。到底什麼是時間？唉，不知道何處才有一份平易近人的答案！看了霍金的《果殼中的宇宙》、《時間簡史》，感覺沒有什麼收穫，可能是太多名詞看不懂，總之，無果。

還是來談談自己心中的時間吧！在物理競賽時，老師講了一些狹義相對論淺涉，但主要是圍繞洛侖茲變換闡述的，說白了就是換參考系的時候不再是簡單的速度相加（伽利略變換），而是速度變換與時間、位置掛鉤（洛侖茲）的變換法則（而且沒有扯到加速度的問題，也就是慣性系）。由此可見時間在研究近代物理上的重要性！
時間，在我看來大概是這樣的：

我們的空間有十一個維度，因為我們是三維生物，所以只能感知三個維度，我們把這三個維度統稱為空間，空間之外的下一個維度就是時間了。但問題又來了，為什麼我們能感到時間（這裡指第四維）的流駛，卻感受不到五到十一維的流駛呢？一個暴力的想法是，其他維度相對與三維生物無效（相當於坍縮了）；另一個暴力的想法是，我們的時間是出了空間之外八個維度的組合體，也即時間=八個維度（當然這些都只是我個人的想法，事實不得而知）。
那又有人會問到：為毛是十一個維度，不是更多或更少？這個我沒有自己的理解，反正霍金是這麼說的，我姑且就信了。那為什麼只能感到時間的流駛，空間所含的三個維度不會呢？我覺得我們三維生物的定義就是能感知三個維度的生物（實際上，我們眼睛只看到了兩個維度，即一個平面，經大腦計算後形成了三維的立體感覺，也即雙眼效應），其他維度不能看透，但能感知其在三維空間上的投影。用個換元的思想理解，三維用二維換，四維用三維換，那麼一個四維的時空就變成了一個三維的立體圖，以長方體為例，長方體的任意一個切片都是一個三維空間，切面的延伸方向即是時間。在這個換成三維立體的四維空間里，時間空間都是體上的一個延伸方向（也即長寬高）。若此時有一個四維的人來觀察這個體，他就能像我們三維人看到一個立體圖一樣，把它看得透透徹徹，所以，四維人的時間不在四維，而在於高於四維的維度。這即是我認為的時間。

不管是對是錯，我都是站在一個高中生的立場上以現有的知識在做自己的推理，讓以後了解真相的自己知道在了解真相前，自己為了解真相開了腦洞，而不是紙上得來的！

一個維度

物理中時間的解釋很多人都認為是速度，但是我認為是變化生長。

時間是一條可以用於標註過去，現在，和未來的維度。

就是&的第四個數

強烈反對@Ivony 的答案，單純打擊題主是沒有意義的

以下不保證對錯，個人觀點。

1、時間是人類為了研究物理規律所定義的性質，由「時間」衍生「速度」等其他物體性質以便於生活和研究。

2、時間在整個宇宙的角度開來是不均勻的。時空是一個整體的概念，就像空間是不均勻的。

3、不均勻的時空導致不同時空的物質「運動速度」不同，當然這本時空下是觀測不到的。這是單一時空參考系觀測的結果。

4、最初人類感知地球自轉公轉的運動過程是均勻的。以地球自轉與公轉的過程進行程度定義了時間。後來又有了更為均勻的原子鐘。

5、以上是我基於高中物理知識臆想的，我不是學物理的。順序也是亂的。