时间非独立存在 物理学家发现“时间”的奥秘

作者: 卡罗.罗维理(意大利理论物理学家)

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【编者按】一般认为时间是很简单、基础的东西,均匀流逝,从过去流向未来,可用钟表测量。然而,意大利物理学家卡罗.罗维理已经能用计时器测量到时间的延迟,也就是时间不是一致的,时间的流逝在高山上要比海平面快。还有其它颠覆人们对时间固有的观念,如时间的流速会受质量和速度的影响而忽快忽慢;时间也不具有当下性,我们所说的现在,对别人来说可能是过去,也可能是未来;时间也没有方向性,我们认为时间是从过去流向未来,也许只是来自我们独特的视角;在微观的量子世界,时间不是连续的,而且失去了它的确定性,一个事件可以同时存在于过去和未来。这是继《时间简史》后又一畅销的科普读物。本文作者探讨时间不是一致性的发现。

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先从一个简单的事实说起:时间的流逝在高山上要比海平面快。

两者差异很小,但可以用精密计时器测量出来(在网路上就可购得),只要多加练习操作,任何人都可见证时间的延迟。利用专业实验室里的计时器,即使海拔只有几公分的差距,也可以观测到时间的延迟:放在地板上的时钟会走得比桌上的时钟要慢一点。

变慢的不只是时钟,越低的地方,所有进程都会变得越慢。两个朋友各分东西,一位住在平地,另一位住在山上。几年后两人再相见,在平地生活的朋友度过的时间较少,变老较慢,他的咕咕钟机械装置摆动的次数也较少,做事的时间较少,种植的植物长得较慢,厘清思绪的时间较少……。在低处,时间流逝得比高处要少。

令人惊讶吧!但这便是世界运作的方式。

书摘
时间的流逝在高山上要比海平面快。(世茂出版提供)

但真正令人惊讶的是,在前一个世纪,并没有足够精密的钟表来测量时间的延缓,却有人已经了解到时间的延迟,这个人就是亚伯特.爱因斯坦。

科学思维的核心是在观察某些事物前便先理解其能力。古希腊哲学家阿那克西曼德在船只能够环游地球之前,早已知道天空一直延伸到超越人类脚步所能及之处。在远早于太空人登陆月球的时期,哥白尼便已知地球会转动。同样的,在钟表的发展精确到足以测量出时间在各地以不同速度流逝之前,爱因斯坦便已知道,每个地方的时间流逝速度并不一致。

在这些进展中,我们得知,一些看似不证自明的事,实际上不过是偏见。很明显的,天空在我们上方而非下面,否则地球就会掉下来。事情看来理所当然,地球似乎是静止不动的,否则所有事物都会撞在一起、混乱不堪。同样显而易见的是,时间在所有地方都以相同的速度流逝……。等孩子长大以后,会发现世界并不像小时候从家里望出去的模样,整体来说,人类的情况也是如此。

爱因斯坦曾问过自己一个问题,这个问题在我们学习重力时或许也曾感到困惑:“太阳与地球没有互相接触,两者之间也没有借助任何东西,它们是如何互相‘吸引’呢?”

于是他寻求并找到了合理的解释,想像太阳和地球并没有直接互相吸引,而是分别对它们之间的东西产生作用。既然太阳和地球之间存在的只有空间和时间,他便想像两者是分别调整周围的空间和时间,如同一个物体浸入水中会将周围的水排开。这种时间结构的调整变异,反过来影响星体的运动,造成太阳和地球互相朝彼此“掉落”。

这个“时间结构的调整变异”指的确实就是上文所说“时间的延迟”───质量会减慢其周围的时间。地球是质量很大的物体,会使附近的时间变慢。这种作用在平地较为明显,在高山则较不明显,因为平地的距离比较近。这就是为何前面住在海平面的朋友较慢变老的原因。

如果物体掉落是由于时间的延迟,在时间流逝一致的地方,例如行星际空间,物体就不会掉落,而是漂浮。在地球表面,物体会自然倾向于时间流逝较慢的地方运动,就像从沙滩往大海奔跑时,海水的阻力会让我们向前方跌进海浪里一样。物体向下掉落,是因为地球使较低位置的时间变慢了 。

因此,即便无法轻易观察到,时间的延迟仍有着极其重要的影响───它使物体掉落,也因此,我们可以在地面站稳。如果我们的双腿可以牢牢站在地面上,那是因为我们的身体会自然趋向于待在时间流逝较慢的地方───与头部相比,脚部的时间流逝得更慢。

听起来很奇怪吧?这就好比观看日落,太阳缓缓消失在远方云层后面时,我们会突然想起,不是太阳在转,而是地球在运转。我们用主观的双眼看着整个地球───以及我们自己───向后旋转,远离太阳。我们用“疯狂的”眼睛看世界,就像保罗.麦卡尼〈山上的傻瓜〉(The Fool on the Hill)歌词所说:“有时疯狂的视野,会比平常所习惯的呆滞视野,看得更远。”

了解更多关于时间的秩序,请点这里看视频

(网站专文)

<本文摘自《时间的秩序:用最尖端物理学,颠覆常识与直觉,探索时间的本质》,世茂出版提供>

责任编辑:茉莉

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