時間受困於什麼?

時間續集接著說。時間機器到底應該什麼樣?

在之前的6期時間系列裡,我們說了

  • 時間的感知、變化、形狀
  • 時間與平行宇宙、蟲洞、黑洞等宇宙奧秘的關係
  • 時空穿越、時間旅行、時間機器的可能性……

估計你應該體會到了,我一開始強調的「時間是宇宙間的最大謎團」。

說實話,距離我們了解時間真相還很遠,所以只能接著說。

當你仰望星空,一定感慨過:此時此刻的宇宙多麼奇美呀!但你想過沒有:你看到的這些燦爛星光,其實都不是此時此刻,

而是彼時彼刻的星光,都是星圖老照片——有的是幾年前的舊模樣,有的可能已經上百年。

再往大點說,不管是哈勃太空望遠鏡、歐洲甚大天文台,還是我們的宇宙天眼FAST……

人類所有天文望遠鏡觀測到的宇宙圖景,都是彼時彼刻的過去時圖景,絕非什麼此時此刻的即時景象。

也就是說,望遠鏡其實是望舊鏡,只能看到星星的過去、星雲天體的舊時光,宇宙的過去時——

天文望遠鏡也是一部時間穿梭機,只能回望宇宙過去的時間機器。

有人問了,你說的是真的嗎?這到底是怎麼一回事?

首先我負責任地講,這是千真萬確的科學事實。

其次我在解釋這個道理之前,使勁強調一個重要前提:人類探知宇宙的唯一利器就是光!

一句話——這個道理背後,都是由光決定的。

當我們想知道時間的時候,不管是看手機看手錶看太陽,還是看其他參照物,都是通過光知道的。

確切點說,是通過這些參照物釋放的光子,打到你的視網膜上,形成視覺信號,再經過神經細胞的化學信號傳輸,最終傳到你的大腦,讀取信號,感知時間。

整個時間大約需要1/4秒。

整個過程是由兩部分傳輸速度構成:可見光的光速,神經細胞的化學傳導速度。

  • 你看到的時間參照物,就是肉眼看到的可見光——光速,每秒3億米;
  • 視覺信號在人體神經系統的傳遞速度,每秒1.6~600米不等。其實,這個速度遠比一架黑鳥偵察機慢。

不過,這個速度對付我們日常生活來說,簡直快得要死,快到無法讓人感覺時間差的存在!

所以,我們的感覺都是:即時看到了一切!

也正因為如此,牛老爵爺才推導出牛頓的絕對時間觀。

但,如果我們放飛思想,從小小地球飛出來,飛到廣袤的宇宙深空,就會發現——光速,儘管是人類已知的最快速度、本宇宙最快速度,但已經明顯不夠用了,甚至成為我們探知宇宙的障礙。

光速,不過只有每秒30萬公里。

太陽光打到我們臉上還得超過8分鐘,傳到冥王星就得5個多小時,飛到最近的比鄰星(三體星)需要4.3年,飛抵銀河系中心就得3萬年!飛到可觀測宇宙的邊界需要465億年!

相對於廣袤的宇宙空間來說,每秒3億米的光速實在太慢太慢!

遺憾的是,因為光是我們探知宇宙的唯一利器,沒法不用它;又因為光速有限,只有30萬公里/秒,沒法超越它——

所以,不管是我們接收到的宇宙信息,還是發出去的各種信息,這造成了我們所探知的宇宙,都在光速限定範圍內。

結果導致兩大影響:

①在小小的地球世界,我們感知時間是同時的,但在廣袤的宇宙,時間卻是相對的。

這由此演繹了愛因斯坦相對論——處在不同位置的觀測者,看到的時間是不同的。相對於不同速度、引力的物體,時間也會有快又慢。

  • 物體運動速度越快,越接近光速,相對於我們地球時間來說,它的時間就越慢;
  • 物體受到引力越大,相對於我們時間來說,它的時間就越慢。

請注意,這一切都是因為光速造成的。(還沒搞懂的話,以後有機會一定會讓你懂的)

②更為重要的是,人類不得不引入「光錐」概念。

所謂光錐Light Cone,就是在四維時空(三維空間+一維時間)當中,因為光速傳播需要時間,所以——

  • 只有在光錐之內的時空,才會對觀察者有效,即觀察者才能看到;
  • 光錐之外的時空,對觀察者無效,即觀察者無法看到。

要是沒太懂的話,請再想想——光在傳播時,雖然是以光球形式向外傳播的,但對於一處觀察者來說,只能是呈錐狀的。

這就像在夜晚里,我用手電筒離你挺遠的地方,照射你,或者照射夜空,你會發現光柱已經變成了光錐形狀,都是一個道理。

同樣,光沿時間軸傳播也是呈錐狀,所以,物理學家取名叫光錐。

但凡看過《三體·黑暗森林》的人,都知道裡面有個金句:光錐之內就是命運

就像小說里,哈勃二號太空望遠鏡觀測站負責人林格博士所解釋的:

「光錐之外的人不可能了解光錐內部發生的事件。想想現在,誰知道宇宙中有多少重大事件的信息正在以光速向我們飛來,有些可能已經飛了上億年,但我們仍在這些事件的光錐之外。」

所以,悟性很高的斐茲羅將軍馬上一語道破:「光錐之內就是命運。」

正因為這個原理,我們最開始說到「望遠鏡就是望舊鏡,就是一部時間穿梭機,只能看到宇宙、星星的過去時。」現在的你,應該弄懂了吧。

一切信息傳播都離不開光,當然也都無法超過光速。

5500光年外的貓爪星雲沖我們招手,其實,這是光行5500年後,飛到哈勃望遠鏡里,才被我們看到——我們所看到的肉嘟嘟的貓爪星雲,其實是5500年前的樣子。

  • 至於此時此刻它什麼樣?人類無從知道。

因為此時此刻的圖像信息剛剛出發,遠在人類觀測的光錐之外,至少還需要5500年才能傳到我們的望遠鏡里,如果那時候還有人類的話。

看到此處,對於一腔熱血想要探索未知宇宙的你來說,是不是有些絕望?吾生有涯,而宇宙無涯,全怪光速太慢!有生之年沒法知道光錐之外的宇宙動靜。

這就是人類探知宇宙的局限。

我們受困於光錐命運,因為我們受困於光速。

我們受困於時間,因為時間受困於光速。

時間到底是什麼?且看續集

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