观《宇宙的构造》II

《宇宙的构造》第二集 Illusion of Time 的观片笔记。

Illusion of Time - 时间幻象

总览:

颠覆我们对于时间的固有认知。

时间因人而异,每个人的时间都以不同的速率运行。

每一个从有序到无序的事件,都与大爆炸存在联系,给予我们时间的方向。

子在川上曰:逝者如斯夫。

也许时间如流水只是个幻觉,过去,现在和未来也许是同等的存在。

摘录片段:

时间并不是流动的,过去不会消失,未来也许已经存在。

时间本身可以加速或者减速。

时间来自哪里?从哪里开始?

解开时间这一谜团的一种方法就是测量它。

如何测量?

使用具有周期性的事物去测量时间,比如地球的公转和自转。

任何能震动的,能够周期性运动的物体,都可以成为一个时钟。

美国国家标准技术协会的工作者们,用难以置信的精度来测量时间。他们所使用的,是铯原子,它的振动频率是世界上最权威的计时工具。原子有一种自然共振频率,当一个铯原子被外界的能量轰击时,它发生振动,开始计时,并向外发出脉冲信号,每秒钟超过90亿次。准确来说,是9192631770次/s. 每一次达到这个数字,意味着一秒过去了,然后开始下一秒……

钟表可以告诉我们时间,却不能告诉我们时间的本质是什么。

近代对于时间研究的起源,源于对时间同步的需要。

在列车运输的早期,每个小镇设立了自己的时间,让问题复杂的是,列车按照它们出发地的时间运行,当有越来越多的火车路线与不同的时间交错时,时间之间相互转换,于是情况变得愈发混乱。「have I made it clear?」

人们对于时间同步的需求越来越迫切,对时间同步的研究也成一时热点。

「这时,我们的主角登场了」此时在瑞士的波恩专利局工作的 Albert Einstein,意识到这些使时间同步的尝试,不仅仅只是创造发明,相反,他意识到在我们对于时间的认识中,这些发明具有深刻的启示。

Isaac Newton对于时间的定义:time is something that an immutable property of the universe. 时间是宇宙的一种永恒不变的性质。时间总是以同样的速率改变。

爱因斯坦再一次推翻了牛顿的理论,他发现时间会以不同的速率运动,在他的设想中,每个人的时间都以不同的速率运行,没有所谓的宇宙标准时间。

爱因斯坦发现的这种时间和空间的神秘联系,让我们大开眼界。

在空间的运动和时间的流逝之间,有一种极为微妙而又深远的联系。简单来说,你拥有其中一个越多,你拥有另一个就越少。

在爱因斯坦的理论中,当一个人静止不动时,空间层面他没有移动,但是他在时间层面中移动了。

爱因斯坦时间理论中的关键论述:空间中的运动会影响时间的流动。

对于正在移动的人来说,时间变慢了。「amazing?」

但这个理论是正确的,空间中的运动对时间流动的这种影响是真实的,可测量的。

1971年,科学家们做了一个实验,准备了两个原子钟,让一个原子钟绕地球飞行,另一个原子钟在地上,然后对比两者的时间,结果显示两个钟的时间不再一致,虽然时间差仅有几千亿分之一秒,但有力地证明了运动对于时间流动的影响。

由于这种影响的存在,时间和空间不再是独立的两个事物,而是相互联系的,爱因斯坦统一了关于时间和空间的理论,两者被称为spacetime 时空。「第一集space里面也提到了空间时间一体化」

这种将时间和空间联系起来的想法,使爱因斯坦领悟了世上最离奇费解的一个结论:

我们看到过去,现在,未来之间的不同,可能只是一个幻觉。

所有发生的事情,都可以看成是一个快照的合集,一张张被打开,依次呈现,如果我们拍下所有事物的瞬间,包括整个宇宙的每一个瞬间,把他们串起来,我们就可以看到所有曾经发生的事情或者将要发生的事情。「牛逼!竟莫名想到了git」

把时空想象成一块面包,就像有不同的方式可以把面包切成几片,同样也有不同的方式分割时空,来把它分成一个个现在切片,因为动作影响时间的流动,对于现在发生的事情,移动的人和静止的人,会有一个不同的概念,他们的薄片是以不同的角度切成的。「根据视频里面提到的外星人例子,在空间上,当距离足够远的时候,不同的移动速率和移动方向,可以让你的现在成为他人的过去,或者他人的未来。」

曾经发生,正在发生的,即将发生的,都已存在。

过去,现在,未来,也许只是一种根深蒂固的幻觉。

既然过去,现在,未来都已存在,那么如何解释当下的时间,像一条河流一样,似乎无穷无尽流向远方?

也许时间的长河更像一条冰封的河流,每一个时刻都被永远禁锢在适当的位置。所有的时间都已经存在,我们所感受的时间的流动,也许就只是一个幻觉。

如果时间不是流动的,并且所有的时间已存在,那么穿越到过去或者未来会成为可能吗?

目前虽然没有时间旅行机,但是时间旅行是可能的。

穿越时间的一种方式是,充分利用引力的奇特性质。

那么如何利用引力来造一个时间机器?

爱因斯坦的理论说明引力就像运动,可以影响时间,就好像引力能拖住时间,减慢时间的流逝。引力越强,时间流逝的越慢。黑洞成型于行星的相互碰撞,具有巨大的引力,如果有人看到你接近黑洞,他们可以看到时间显著地减慢。对他们来说,几年过去,但对你来说,可能只是几分钟。当你回来时,可能已经过去了N年。「星际穿越啊!!!」

借助黑洞穿越到未来,那么如何回到过去?

借助wormhole 虫洞。「星穿!!!」

如果虫洞存在,它们就像一种时空的捷运,不仅仅是一种连接两个地方的隧道,也是连接两个时间的隧道。可以连接一部分时空到另一部分。

这里,穿越到过去产生了一个问题,就是事情很快变得复杂。「因为你可以改写历史了……」

或者穿越到过去本身,就是不可能,至少目前是不行的。

时间只向一个方向运行,向着未来。科学家称之为时间流向。

可是为什么时间只能从过去流向未来?

从物理学角度来看,时间是可逆的,但是现实生活中,时间是不可逆的,单向的,但物理学的诸多理论和方程都无法解释这个现象。

那到底什么与时间流向有关?

19世纪的奥地利物理学家 Ludwig Boltzmann 给出的有关entropy熵的方程式:

S=klogW

熵是测量一些事物的工具,即我们熟悉的混乱度或者不可测性。

宇宙的所有事物都从有序变成无序,也就是熵增。

从有序到无序,是一种自然的趋势,但是熵增既可以向着过去,也可以向着未来,这样看,依然无法解释时间的流向。

回到140亿年前的宇宙大爆炸,那个时候的宇宙处于熵很低的状态,大爆炸是一个高度有序的状态,可能是最有序的状态,大爆炸后,熵增,宇宙开始变得越来越混乱,也许大爆炸定义了时间在我们宇宙的流向,从有序流向无序。

如果时间有起点,而且混乱度一直在增加,是否意味着时间将会有一个终点?

大爆炸的破坏力,向外造成了猛烈的空间扩张,结果就是宇宙直到今天还在膨胀,而且是在加速膨胀。在很远的未来,也许1000亿年后,其他所有遥远的星系,将远离我们的视线,好像我们周围什么都没有。宇航员将发现,从宇宙的视角来看,过去是遥不可及的。

至于时间的尽头,一个理论认为最终黑洞将在宇宙中占统治地位,那时,星系都要消失,只剩下粒子散落在宇宙中。