天斗科技

新闻资讯NEWs

你所在的位置:首页>行业动态

时间究竟是真实的还是人类的幻想?

时间:2020-2-18 来源:老粥科普

现在几点了?

你问不同的人,会得到不同的答案。你身边的同事拿起手机瞧一眼,告诉你:“现在是晚上九点四十五分”,另一位抬手看了看他去年买的手表说:“不,是九点四十三分”;你远在悉尼的朋友睡眼惺忪地拿起床头的闹钟抱怨:“上帝!现在是凌晨一点三刻呀!”;而身处巴黎的客户给你回电话:“朋友,我刚刚吃过午饭,这会儿是下午两点四十五分”。

时间究竟是真实的还是人类的幻想?

现在几点了?

如果你打电话问国际空间站上的宇航员,他会告诉你现在是下午一点四十五分。尽管国际空间站每24小时要经历16次日出和日落,但这里采用的是世界标准时间(UTC)。宇航员们通常“每天”6:00起床,8:10左右开始工作,19:30开始睡前活动(包括晚餐和乘员会议),21:30睡觉,他们需要在不停的黑白颠倒中工作10小时。

时间究竟是真实的还是人类的幻想?

国际空间站上的宇航员正在聚餐

他们谁的时间是对的?都对。唯一不同的是,你的同事经常需要手动调节他手表的指针,而国际空间站上的时钟是自动校准的。

你可能会问,国际空间站上用的不是最先进的原子钟吗?为什么它还要校准?

这是个好问题!

天上的时间与地面的时钟总是会出现误差

科学家发现,如果不对空间站上的高精密原子钟进行校准,它每天会比地面上的时钟慢38微秒!对于卫星来说这是一个巨大的误差,在38微秒的时间里它可以飞行好几千米,用于地面的坐标定位就毫无精度可言了。

时间究竟是真实的还是人类的幻想?

精确计时对于GPS卫星极为重要

如何让GPS卫星上的时钟精准地与地面保持同步,这是科学家们比较头疼的问题,却是爱因斯坦乐于见到的。因为根据爱因斯坦的相对论,时间是相对的,它会随速度增加而发生膨胀,一个对象相对于另一个对象移动得越快,它经历的时间就越慢,如果以光速前进,时间会停止;同时根据广义相对论,时间还会被重力扭曲,靠近地球等引力质量中心(地心)的时钟的滴答声比远离地球的时钟长。尽管这很难让人理解,但卫星上的原子钟已经反复证明了爱因斯坦是对的。

GPS卫星环绕地球飞行的速度近14000千米/小时,如此快的速度每天将其时钟减少7微秒(相对于地球上的时钟);科学家将卫星的轨道抬高到距离地面20100千米,这样一来卫星每天的时钟增加45微秒。两种相对论现象的最终结果是38微秒。

时间究竟是真实的还是人类的幻想?

蓝色圈为GPS卫星轨道参数

也就是说,让GPS卫星在距离地面2万公里的高空以1.4万公里/小时的速度绕地球飞行,星上搭载的时钟时间就能与地面保持同步。

爱因斯坦的时间令人感觉错乱

我们到底应该相信哪一个时间,或者说谁的时间才是准确的?这确实是一个烧脑的问题。按照爱因斯坦相对论的本质,没有绝对的空间也没有绝对的时间,一切都是相对的。

时间也是相对的,它与参照系的运动速度有关,速度越快,时间过得越慢;时间也会被重力扭曲,重力越强,时间越快。当我们跳出来,站到远处去评判它,我们看到的时间却又是正常的。

时间究竟是真实的还是人类的幻想?

时间会被速度和重力扭曲

让我们来做一个思想实验:当你乘坐一艘光速飞行的飞船从遥远的比邻星向地球飞来,我在地球上为你计时,知道你将在4年2个月后到达(不考虑加速与减速),因为比邻星(半人马座α,也就是传说中的“三体”星座)距离地球大约为4.22光年。在这4年多的时间里,我做了很多的事情,同样我也看到你做了很多事情。但是,按照爱因斯坦的相对论,你飞船上的时间是停止的,既然时间停止(请注意不只是时钟停止)一切都将停止,你不可能在“没有时间”的时间里完成很多工作。你在飞船上没有变老,但我在地球上看你确实是长大了4岁,这是不是一个悖论?

时间究竟是真实的还是人类的幻想?

飞行的宇航员

如果我们在光速飞行的飞船中放一个由发条驱动的、古老的机械闹钟,它到底是走还是不走?宇航员在漫长的旅途中到底要不要吃饭上厕所?他的头发会长长吗?会变老吗?100年后他会不会死?如果时间停止,这一切都不会发生,而我在地球上看他,闹钟照走,人到该死的时候还是会死的。

时间究竟是真实的还是人类的幻想?

一个由发条驱动的小闹钟

事实上我们不需要去造一艘光速飞船来验证时间。我们本身就处于高速运动之中:地球自转的赤道线速度是465米/秒,地球绕太阳公转的速度是29.8千米/秒,太阳系绕银河系运行的速度大约是250千米/秒,尽管这与光速相比差得远,但如果你站在仙女座星系为地球掐秒表,还能说地球上的时钟是准确的吗?

时间究竟是真实的还是人类的幻想?

相对论时间

关于时间的哲学

相对论已经接受了实践的检验,物理学家们承认爱因斯坦是对的。但时空的扭曲又常常令我们产生疑惑:为什么身处同一个世界,你有你的时间我有我的时间并且我们之间的时间有可能不相同?时间究竟是什么?宇宙有一个统一的时间标准吗?

许多人都希望回到过去,其目的不外乎是偷窥彩票的中奖号码后回去照号买马,把奖池掏空,从此过上幸福的生活。或者,你做了错的事情,希望倒回头寻找后悔药。没错,我们可以记忆时间,根据生物钟来做一些事,同时我们还会计划和幻想未来。

但孔子站在河边说:“逝者如斯夫!”

时光如箭,过去了的事情是不可能再回头的。时间是单向的,由过去,到现在,至未来。

我们能回到过去吗?有人说,根据广义相对论,旋转的黑洞会扭曲时空,形成通往先前时刻的路径。你可以遵循这些所谓的类似时间的曲线回到过去,这就是所谓的“虫洞”。而所有理智的人都会知道,进入黑洞并不能回到过去,因为在你接近它的时候就已经被扯成长长的面条状,死了。

时间究竟是真实的还是人类的幻想?

接近黑洞意味着死亡

我们能让时间停止吗?即便是我们造出了光速飞船,将飞船上的时钟停止,但外部世界来看飞船的时间依然在流逝。一个简单的例子,我们仰望星空,看到星光携带着500光年外恒星的信息,信息本身没有变,但光却实实在在地走过了500年。

对于时间的总结:

时间是什么?时间是宇宙万物变化的过程,尽管从物理学的角度认为每个物体都拥有自己的相对时间,但对于速个宇宙来说,变化的进程没有改变,时间不会随个体的变化而发生改变。

当我们询问时间时,我们希望得到的是相对时间,即便是在同一时刻,位于深圳的人与位于伦敦的人,他们得到的答案是不相同的。

时间是单向的,我们可以回忆过去但无法回到过去。科幻电影里通过回到过去杀死父亲来阻止孩子诞生的故事,在现实中不可能发生,你也不能设想通过黑洞虫洞或别的什么洞回到从前,这些洞要么会害死你,要么把你卡住。

时间究竟是真实的还是人类的幻想?

黑洞不会让你回到过去

最后,请珍惜时间,它不断流逝,失去了就不会再来。