時間是什麼?
時間是什麼?
這不是一個輕易回答的問題,這裡我們只闡述我們已知的關於時間的一些內容。
第一點我想要說的是:時間是一個宏觀世界的概念,對於微觀世界,比如對於一個電子來說,時間的概念就和我們認為的時間大不一樣了。
對於宏觀世界來講,時間是有意義的和可測量的。
車子從A開到B,車上有一個時鐘,於是我們可以很清楚的知道車子從A到達B所用的時間。
可是對於一個微觀粒子,比如電子呢?
我們從A發射一個電子,然後在B接收到了這個電子。那麼這個電子從A到B所用的時間是多少呢?
我們也可以拿一個時鐘來記錄,電子從A到B的時間,可是我們記錄的這個時間只是我們自己經過的時間,而那個電子它經過的時間(固有時間)為多少呢?
這裡有兩個概念需要簡單了解一下:狹義相對論和不確定性原理
在同一參考系,處於不同速度下的物體,它的時間(固有時間)流速是不一樣的,這就是狹義相對論的鐘慢原理。
量子力學裡的不確定性原理告訴我們的是,微觀粒子的運動路徑是不確定的,它從A運動到B點是可以沿任意可能的路徑,不同路徑的有著不同的概率。
把這兩條結合起來,我們就知道。
電子從A到達B點,可以沿任意可能路徑。每一條路徑對應的電子經過的時間(固有時間)是不同的。
所以,對於一個電子來講,它從A到達B,它自己經歷的時間我們是不可能知道一個確定的定值的,而是有無數種的可能,每種可能的概率不同。
而且不確定性原理讓我們知道,不是因為我們實驗精度不夠,而是對於微觀粒子來說,時間不是一個擁有確定數值的東西,就是這樣一團模糊的東西。這一點和我們宏觀世界就有很大的不同了。
那麼微觀世界的這個模糊的時間概念,又是如何過度到宏觀世界擁有一個確定數值的時間的呢?
這一次,我們不是用電子,而是用一個比電子重很多的氫原子來做實驗。而氫原子比電子要重很多,根據不確定性原理,氫原子的不確定性比電子要小很多。
於是,我們發現,對於氫原子來說,它經歷的時間的可能性就收斂了很多。
我們用越重的粒子或者物體,它經歷的時間的可能性就越收斂,於是,當我們用的是一輛汽車的時候,它時間的可能性就幾乎收斂到一個點上去了。而那個點,就是我們宏觀世界裡所說的時間的概念了。
就是說,在宏觀世界裡,其實時間也是同樣的遵循不確定性原理的,只是它的可能性收斂到其他可能性可以完全忽略不計的程度。
第二點要說的是:時間反應的是我們這個世界的變化,但只有在大量粒子和在統計學上來講才有意義。
在兩個密閉的盒子里放上兩個完全相同的物體,一個放了一萬年,一個放了一年。我們能不能區別出它們兩個哪一個放的時間長?
對於宏觀的物體,比如說一塊石頭,我們有很多的辦法可以去確定它們盛放的時間,因為宏觀物體會隨著時間發生很多種的變化,化學的,物理的。這裡我們先去討論一下一個更加基礎的東西,比如說兩個相同的原子。
時間會不會在單獨的原子身上留下印記?
有一類原子,我們很清楚的知道,時間是會對它們有影響的,那就是放射性的原子。比如說做原子彈的鈾235。就會有一個半衰期,約700多年,每經過700年,一個鈾235就有一半的概率裂變成另外的原子。(放射性其實是一個相對的概念,其他原子比如鐵原子也可以變成另外的原子,只是它們的半衰期太長了,長到它們的衰變可以忽略不記)
所以,我們首先在兩個密閉盒子里放的是兩個鈾235原子,一個放了一萬年,一個放了一年。然後打開,發現左邊盒子里的裂變了,右邊盒子的沒有裂變。那麼我們可以確定的說,左邊的鈾235放了一億年,右邊放了一年嗎?
並不是,我們只可以說,99%的概率左邊的鈾235放了一萬年,右邊的的放了一年,我們並不能排除另外一種可能性。
對於一大堆的放射性粒子,討論它們的半衰期是有意義的,經過半衰期,它們有一半會變化。但對於單個粒子來講,半衰期就沒有太大的意義了,它變化的時間依舊是完全不確定的。
如果把一個放射性粒子從誕生到衰變成另外的原子的時間看做是它的一生。那麼對於完全相同的放射性粒子,有的壽命的可能是一秒,有的可能是一年,一億年,甚至永遠。
回到剛剛那個實驗。
這次,我們在兩個密閉盒子里放的是兩個放射性粒子鈾235,一個放了一萬年,一個放了一年。然後打開,發現左邊的盒子兩個都裂變了,右邊邊的兩個都沒有裂變。
於是我們可以說,99.999%的概率左邊的放了一萬年,右邊的放了一年。
再次,我們在兩個密閉盒子里放的是一克的鈾235,一個放了一萬年,一個放了一年。然後打開,發現左邊的盒子里的鈾235大部分都裂變了,右邊邊的鈾235大都沒有裂變。
於是我們可以說,99.99………………………………9%的概率左邊的放了一萬年,右邊的放了一年。而此時,我們基本上可以肯定的說,左邊的放了一萬年,右邊的放了一年,另外的可能性完全可以忽略了。
單個鈾235來講,無論它有沒有裂變,我們都不可能知道它經歷的時間是多少。對於它自己來講,時間是一種模糊的形式。
而對於大量的鈾235來講,我們就可以用它來記錄時間了。比如說一團鈾235,過了某時間,其中有一半的鈾235裂變了,那麼我們就可以說,這團鈾235經過了700年的時間。
對於其他的物體,比如說兩個圓形的石頭,一個放了一萬年,一個放了一年。
在時間的流逝中,石頭也會發生很多種的變化,分子自由運動導致的分子擴散和石頭的形變,石頭內部物質的化學變化,內部放射性物質的反應等等。
而所有的這些從一種狀態變化到另一種狀態經歷的時間,對於單個粒子來講經歷的時間是不確定的,都是要有大量的粒子,在統計學上來考慮,時間才有了討論的意義。
於是,通過統計所有這些微觀粒子的所經歷的各種變化,我們就可以去分辨兩塊石頭所經歷的時間。
所以總結來說。
對於單個的微觀世界裡的微觀粒子來講,並沒有我們宏觀世界裡的時間的概念的,去探究單個粒子經歷的時間是沒有意義的事情。
而對於我們人類這樣宏觀的物體,通過統計大量微觀粒子的變化,我們就衍生出了時間這個概念。
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