時間的本質是什麼？

03-06

導讀：不文6500字，骨灰級科普文，閱讀全文需要20分鐘時間。

關於時間的度量和方向的說明

現在還有很多人，認為時間不存在，這個錯誤的認識開始於什麼時候，我們無從追究了。因為時間一旦開始，過去就已經成為過去，這是它不能追究的原因。這句話的物理表述，要複雜的多，但我會儘力讓大家明白，為什麼時間是存在的？而且是必須存在的。

讀過我物理科普書籍《變化》第三十五章的朋友，肯定知道，我已經就時間問題，表達過觀點。寫了題為《時間的本質說明》一文。

很多朋友回復我，寫的還不夠具體，明白，所以又補增這一章內容，來闡述我對時間的思考。希望可以解答你們的疑惑。

時間是客觀存在的，這是一個事實。我寫過題為「時間，空間，物質的一體性說明！」的文章。其實就是承認了時間客觀存在。在「時間，空間，物質的一體性說明！」的文章結尾我寫道：「在這裡我們要把時間拿出來說了，而說到時間，就要把運動拿出來說了。但運動是物質的運動，時間和運動分不開，就意味著時間和物質分不開。離開時間談物質，物質是沒有變化的！」

所以認同時間存在的人，會說：「時間是事物連續變化的說明。」

時間，空間和物質是一體的，它們共同構成時空。時空是能量的時空，是運動的時空。從開始，時間就不能從運動變化中脫離出來，也就是時間不能從時空中單獨脫離出來說明。

任何脫離時空，脫離運動的時間描述都是片面的。了解時間的本質，就要了解時空。這一方面理論，我們要感謝愛氏的相對論。

不存在的東西就證明它不存在，存在的東西就證明它存在，這是我們人類的責任。就像引力波，等了那麼久，我們終於證實它是存在的。你不理解的東西，不一定不存在！

時間就是這樣的東西，雖然它很抽象，但還可以想像。

那麼我們從正面如何證實時間是存在的，且時間是時空不可分的東西。

這裡引用一個已知的事實，關於GPS時間與地球上時間的不同。

「這就是愛氏的想對時空理論，他不僅僅將物質和空間看做一體，把時間也納入到這一體系中。GPS衛星以每小時14000千米的速度繞地球飛行。根據狹義相對論，當物體運動時，時間會變慢，運動速度越快，時間就越慢。因此在地球上看GPS衛星，它們攜帶的時鐘要走得比較慢，用狹義相對論的公式可以計算出，每天慢大約7微秒。

GPS衛星位於距離地面大約2萬千米的太空中。根據廣義相對論，物質質量的存在會造成時空的彎曲，質量越大，距離越近，就彎曲得越厲害，時間則會越慢。受地球質量的影響，在地球表面的時空要比GPS衛星所在的時空更加彎曲，這樣，從地球上看，GPS衛星上的時鐘就要走得比較快，用廣義相對論的公式可以計算出，每天快大約45微秒。

在同時考慮了狹義相對論和廣義相對論後，GPS衛星時鐘每天還要快上大約38微秒。」

如果我們贊同愛氏相對論是正確的，就要贊同運動對於時間的影響。由愛氏理論我們可以知道：時間流逝的速度取決於物體在宇宙中的位置以及運動速度。

對於時間的一般定義是這樣的：物質存在的一種客觀形式，由過去現在將來構成的連綿不斷的系統；是物質的運動變化的持續性和連續性的表現。

這樣的的定義並沒有錯，但對於專業研究物理和天文的人來說，還不夠究竟，不夠本質。

所以我把時間的定義修正為：時間是物質在引力場中的位置以及運動速度的應變度量過程；它是物質存在的客觀形式。

進一步的闡述說明是，時間的這種「應變度量過程」就是物質的運動變化的持續性和連續性的表現。在這裡要說明「應變」這個詞，指的是主體時間受「引力場位置」和「運動速度」影響而做出的應變數。

這種應變是不以人的意志為轉移的，它是客觀的。

網上還有很多標題為「相對論證明時間不存在」的文章。拿出愛因斯坦的話：「現在、過去和將來之間的差別只是一種錯覺。時間倒流或回到過去，其實是建立在一個不存在的邏輯基礎上的。」

相對論本身就是時空理論，怎麼可能沒有時間在裡面，所以這是無稽之談的文章。至於如何理解愛氏所說的話：「現在、過去和將來之間的差別只是一種錯覺。」

這是從意識層面來說的，愛氏的本意應該是要強調時間是沒有方向的！所以現在，過去，未來才是人的創造，是為了描述生活而創造的。

也就是說時間一直向前的這個方向，其實是不存在。這個方向是人為賦予的。

從這點來說，時間是個標量的認定是對的。只有大小，沒有方向。

可是為什麼感覺時間是向前的？為什麼時間是不會停止的？

時間不會停止的原因是時空，時空存在，時間就存在！別忘了時間是組成時空的一個維度！更別忘了能量守恆定律！這些都指明了時間是一個永恆的存在！

現在來說時間為什麼總是向前的？「前」才是個經驗性的字！哪裡是前，哪裡是後。都要有參考。你看著的方向是前，你後腦勺的方向是後，這是我們的經驗。

上面的關於時間的定義，已經說明了，時間是一種的「應變度量過程。」一個事件從開始到結束，成為過去時。這時我們說現在是新的開始。時間是前進的！

這其實是經驗性的。

一個人賽跑，剛跑完100米，他剛才跑完的100米，成為過去。可是他現在還在跑第二個項目，他的運動過程沒有停止。直到他又開始第三項賽跑時候，我們說他前兩個項目成為過去時。你會發現一件事情的開始和結束都是人為的。

但這種「人為」的時間觀念是正確的，卻不是真理的！真理上的時間的箭頭是沒有的。我們不能將一個個事件「應變度量過程」人為的區別它必須的方向！是沒有未來這個方向的，但未來是存在的！

我不知道我這樣來說，大家能否理解。再舉一個例子，有一個電影叫《返老還童》，拍的非常不錯。關於的時間的探索和疑問在電影中其實發揮到淋漓盡致了。

我們是從小到老，可電影中的主人公是從老到小。

那麼我們說希望慢慢長大，就是期待未來。可是電影中的主人公期待慢慢變小，也是期待未來。所以從小到老是時間是一直向前？還是從老到小，時間是一直向前？

所以說一塊石頭不會有時間的前後感知，人會有！把人的思想從人的腦海中拿出去確實很困難，但只有這樣，你才能客觀認識時間是什麼。

關於對時間的本質認識，我也非常贊同人們要「珍惜現在」，也鼓勵珍惜當下的時間進程，因為你就在其中。

再來讀一遍我對於時間的定義：時間是能量物質在引力場中的位置以及運動速度的應變度量過程；它是物質存在的客觀形式。

兩個關鍵詞：位置，運動速度。

時空是彎曲的，時空也是引力的本源。能量的分布，物質的分布不均，使得引力場強弱有差異。時間在不同的引力場中是不同的。地球和月球上時間不同，地球和太陽上時間不同。甚至地球上不同位置時間也不同。

我住在一樓，你住在33樓，我們的時間不同。這不是荒謬，是事實。只是這種區別太過於微小，我們根本無法察覺。上面關於GPS的校準案例，其實就是答案！

所以你腦海中要有這樣的一副圖畫，那就是時間是彎曲的！這種彎曲是由於時空彎曲，引力場不均導致的。形象的舉例來說，時間的彎曲圖畫，就像一副丘陵高山的等高線圖。如下圖

所以這更加印證了時間是沒有方向的。物體處於等高線不同的位置，時間流逝是不同的。

從這張圖我們也可以得出其實時間與時間是沒有明顯的間隔點，沒有明顯的間隙！更沒有明顯的界限！

在這裡還可以回答一個被多次提問的問題：時間有起點嗎？

我的答案是沒有起點。所以大爆炸理論是時間的起點一說不可靠。能量，時空只要存在，時間就存在。

再來分析第二個關鍵詞：運動速度。

顯然相對論效應，物體的運動越快，時間越慢，已經被證實。而且我說過光速就是一種束縛態。任何物體要達到光速所要克服這種束縛是不可能的。因為它要對抗整個時空！

這就是運動速度的極限為什麼是光速，當物體達到近光速極限，時間越來越慢，也將達到時間這一維度的極限。而且大家別忘了，物體接近光速的時候它的質量也是增加的。這時候它周圍的時間等高線圖肯定是有變化的，所以時間是不同的！

而且運動的物體質量的增大，這種增大的質量是時空的賦予！還有一個相對論效應是尺縮效應，該效應指出高速運動的物體尺度變短。這種「尺縮」也是一種時空賦予。

也就是說質量增加，尺縮，都是時空使然。質量增大，尺縮都是觀測效應，但它的本質是時空彎曲。就好像一根100米的長條，高速運動，它變短了，不是真的變短了。而且空間彎曲，使得測量的物體也「彎曲」，這時候觀察到的長條自然短了。所以說尺縮是時空的賦予，質量增大也是時空的賦予。

讀到這裡大家應該明白了，為什麼說要了解時間的本質，需要先了解時空。

很多科學家也不會把時間和慣性聯繫起來，但我會這麼思考。引力的本源是時空，慣性的本源是引力。引力場又會對時間產生影響。同樣引力場也會對慣性產生影響。也就說上面圖中的時間等高線，也可以用來形容「慣性等高線。」

在我的書中，關於慣性的定義是這樣的：在引力場中，物體保持原來運動的狀態的性質叫慣性。

大家仔細和上面時間的定義一起來看看。你會發現其中的玄妙之處。

你也會發現修改現在的慣性定律是多麼重要。慣性是保持原來運動狀態的性質。而時間是度量運動的物體在引力場中的應變行為或過程。

這樣的文字描述，無疑將時間，慣性，引力，引力場統一起來，他們之間的相互是和諧的，不是分斥的。

如果大家還夠細心的話，會發現基礎物理的量：質量，時間，慣性，引力場等都是標量，只有大小，沒有方向！這是時空使然，這是有深意的。

如果你以為關於時間的推理到此結束，那麼你又錯了。我們還有更多關於時間的認識需要深入。

通過上面所有的論述，我們應該知道了時間是普遍存在的，但不是普遍一致的。這個觀點很重要。

這個觀點說明，我們要測得精準的「時間」是很困難的。時間沒有界限的，也沒有間隙的。而且測量者本身也會影響到「時間」的準確性。雖然這種影響很小。

所以說現在所規定的一秒是銫-133的原子基態的兩個超精細能階間躍遷對應輻射的9,192,631,770個周期的持續時間，不代表時間的準確性，反而說明了時間的相對性。

不過作為人類來說，不必困惑。因為就地球來說，太陽系來說，它的引力場是有一個強弱範圍，不是忽高忽低。否則重力加速度就不會是大致相同了。所以我們所處的時間系統起碼在引力場位置中來說，基本還是均勻的。

如果你認為寫道這裡，該結尾了，那就錯了。關於時間論述，上面這些文字遠遠不夠。

我要說明的是，有些朋友認為時間是有箭頭的，主要是根據熱力學第二定律而說的，就是關於熵的理論。

物理學家玻爾茲曼一生最重要的發現，就是熵的微觀統計解釋。因為當時（十九世紀末）的物理學界並不認為原子是真實存在的，所以玻爾茲曼的成果並不被物理學界廣泛接受，他因此在思想上受了折磨，是自殺身亡的一位科學家。

從牛頓時代，科學家們就意識到，空間是均勻的，各向同性的，而物理學定律是時間可逆的。根據牛頓第二定律，F=

ma，我們可以看出，假設我們把空間坐標做平移，或者旋轉，公式的形式不變。如果我們把時間反號，也就是T到-T

公式的形式也不變。

但是在地球上，我們可以明顯的區分上下。牛頓的洞察指出了我們可以區分上下的根本原因，那就是萬有引力。

在地球的我們都知道，我們只能區分上下，但不能區分前後左右（前後左右都是人為規定的）。這是因為地球的引力總是朝下的，所以我問你，地球的引力總是朝下的，對嗎？

思考一分鐘，再往下看。

答案是這是不對的。很簡單，引力作用的方向為下的話，與之相反方向，就為上。北半球站一個人，南半球也站一個人，向頭頂的方向為上。你會發現，同樣是「上」，方向卻不一致。所以上文中說地球上的我們可以辨別「上下」，也是人為的。

同樣，我們也不能區分時間的過去和未來，再返回去，看看我對於時間的定義，你就清楚了。

那是什麼給了時間一個特殊的箭頭呢？科學家的答案就是熵，熵只能增加不能減少，於是熵就給了時間一個箭頭。這樣表述，你認為對嗎？

我們接著來看我找到這一篇文章。

物理學很大程度上是相信還原論的，也就是宏觀的物理學現象要受到微觀物理學定律的支配。我們知道支配微觀物理學定律的公式，例如薛定諤方程，狄拉克方程，克萊因-戈爾登方程，乃至描述單個分子運動的牛頓定律，都是時間可逆的。支配電磁學的麥克斯韋方程組也是時間可逆的。既然是這樣，那麼為什麼受這些公式支配的宏觀物理學定律會有時間的不可逆性？設想一下我們有一個容器，如圖所示。

如果我們只有兩個分子，它們可以自由移動，然後我們拍攝一部電影，用來記述這兩個分子的運動。當我們播放這部電影的時候，我們無論是正著放還是倒著放，這部電影裡面的運動都遵循物理學定律。這兩個分子可以時而都在左邊，也可以時而都在右邊，這都不違背任何物理學定律。但是如果我們有個10^23個分子，這些分子一開始都在容器的左邊，然後讓這些分子自由運動，經過足夠長的時間，我們幾乎可以肯定，這些分子會有幾乎一半分布在容器的左邊，而另外的幾乎一半會分布在容器的右邊。

同樣，我們拍攝一部電影，記錄這些分子的擴散轉移過程。如果我們正著放這部電影，我們可以看到，分子從左邊的容器慢慢地擴散到整個容器，這是符合物理學定律的。如果我們倒著放這部電影，我們會看到，一開始瀰漫在整個容器的分子，自發地聚集到了左邊的容器，也就是系統的熵自發地減小了，這違背了熱力學第二定律。於是我們說，根據這個，可以區分時間的方向，那就是熵。

問題是，既然兩個分子的時候我們沒法區分時間的方向，為什麼在有10^23個分子的時候，我們就可以區分時間的方向了呢？這就是玻爾茲曼的洞察了。玻爾茲曼說，第二種情況不是完全不可能發生，而是幾乎上不會發生。事實上，動力系統裡面有個精確成立的定理，這個定理說，一個動力系統，經過足夠長但是有限長的時間，一定會回到跟初始狀態非常接近的一個狀態。現在這10^23個分子的運動就是一個動力系統，根據龐加萊回歸定理，經過足夠長的時間，這些分子一定會重新聚到左邊的容器。但是這個回歸時間是宇宙年齡的好多倍。這也就意味著，儘管微觀的物理學定律允許這些分子重新回到初始狀態，但是這種回歸幾乎上不會發生。

玻爾茲曼給出了統計熵和熱力學熵的公式，

於是一個系統的狀態數越多，系統的熵就越大。而很明顯，所有分子瀰漫在整個容器時的系統狀態數遠大於所有的分子都被局限在容器左邊的狀態數。而且分子數越多，這個狀態數的差距就越大。熱力學第二定律規定，系統的熵不可以自發地減小。

因此，通過研究系統的熵，我們就可以賦予時間一個箭頭。也就是，根據熱力學第二定律，我們就可以判斷出一部影片是正放還是倒放。儘管根據玻爾茲曼和龐加萊，熱力學第二定律只是在概率上成立，但是如果系統足夠大，那麼我們可以肯定，熱力學第二定律幾乎上是一定成立的。

另外需要說的是：即使世界是運動的，但是如果我們無法區分時間的方向，那麼這時的時間頂多算是一個參數，而不是我們通常意義上的時間。因為我們觀測到的時間都是有方向的。正是這個方向性才賦予了時間以真實的意義。

OK，以上內容，就是這篇文章的主題思想，和結論。你贊同嗎？事實上，這個觀點被很多認同時間存在的科學家和科普工作者享用，我認為這是個問題，所以我有必要給你們分析一下。

首先文章中提到牛頓時空觀，牛頓時空觀是絕對時空觀。而愛氏的時空觀是相對的。那麼關於時間的問題，你看好牛頓時空觀，還是愛氏時空觀？

答案是顯而易見的，一定是愛氏的時空觀。所以文章中出現的關於牛頓理論的描述，可以刪除。這是第一點。

然後再來說熵增。熵是描述一個系統的混亂程度，也可以說能量的混亂程度。這是一種概率統計理論。確實如文章所言，如果一個系統足夠大，那麼理論上熵增是必須的。可是熵增是時間方向嗎？

這是我們要討論的。

我認為不是的。

1、時間是描述物體運動連續性的變化，是一種度量。熵是描述系統的狀態。本質上，熵理論是一種概率論，當系統大到一定程度，這種概率是百分百。就像上文所描述的。但從本質上來說，時間不是概率論。從宏觀角度講，宇宙系統熵增會影響時間的度量，因為熵增是能量的變化。而能量的變化自然引起引力場的變化。看看上面的時間的定義，自然就知道了，這會影響時間的度量。所以熵增理論，會影響時間，但不是時間的方向。

2、熵增是一種系統態，根據絕對零度不為零的定律，我們知道它是一直持續的一個狀態。這說明了宇宙的開放性。因為一個封閉的系統，必然達到熵狀態。這是可以佐證時間無限的的條件。但時間無限，不是說時間很長很長，其實重點應該理解為時間時刻存在！當然理解為很長很長，和時間時刻存在在生活意義上是相同的。

3、過去回不去的原因，是熵增覆蓋過去的時空信息。今年去一個景點，明年這個景點依然在，可是你去了，這個景點的信息和去年一定是不一樣的。作為一種度量，時間是敏感的。

可能講到這裡，很多朋友依然迷糊。我再這樣通俗說一點。熵增原理可以看作是宇宙運動的方向，而時間是物體變化的度量。所以熵增不是時間的方向。而且如果時間，有方向，那麼現在的關於時間是標量的國際認定，就要修改。各位，好好想想，是不是這個道理。

各位，時間是存在的，時間是無限的，時間是沒有方向的。時間是無限的，我們的生命確實有限的。這不是我們的悲哀，是我們的機會。

摘自獨立學者靈遁者物理宇宙科普書籍《變化》此書電子版淘寶有。