【未解之谜】如何获得超越时间的能力?

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大家好,我是扶摇,欢迎和我一起探索未解之谜。今天我们来谈一谈“时间的奥秘”。

在平常繁忙的生活中,我们常常听到这样的话,“快一点,时间来不及了”,“啊,我好忙,时间都不够用了”。那么大家有没有想一想,这个“时间”到底是什么呢?是太阳早上升起,晚上落下的变化?是钟表上秒针一格格的运动?一般人们都会认为时间是很简单、基础的东西,均匀流逝,从过去流向未来,可用钟表测量。可是如果有人告诉你,我们所认识的时间的概念并不存在,时间只是人的幻觉,你会相信吗?

亚里士多德的时间观

已知的第一个问出“时间是什么”这个问题的人,是古希腊著名的科学家和哲学家亚里士多德。他在其著作《物理学》中提出了西方思想史上最早的经典时间观。简单来说就是,时间是对变化的量度。

举个例子,有人早上出门,2个小时后回家。而这2个小时,就是“出门”与“回家”之间所产生的变化的量度。这时,大家就要问了,那按照亚里士多德的说法,如果一切都不运动,不发生改变,那时间就停滞了?就不存在了吗?如果亚里士多德可以听到你的问题,他会回答:是的。

可是大家又要问了,那么为什么,当我们在晚上关闭所有灯光,躺在床上一动不动准备睡觉时,还是可以感受到时间的流逝呢?

这个问题,亚里士多德也思考过。他在《物理学》一书中写道:如果周围一团漆黑,身体几乎什么都感觉不到,但心里有些想法在改变,我们仍然会认为时间在流逝。也就是说,虽然外在看上去一切静止,可是我们内心的变化,思想的变化也是一种运动。如果一切都不运动,就没有时间,因为时间仅仅是运动的记录。

牛顿的绝对时间

听到这里,大家会不会觉得,亚里士多德的想法好奇怪?如果你这么想,那是因为大家都在学校中接受了现代物理学教给我们的牛顿时间观。是什么呢?

牛顿是现代自然科学奠基人之一,被喻为“近代科学之父”,他认为,世界上存在着无论如何都会流逝的“真实的”时间,它独立于事物及其变化。就算所有物体保持不动,甚至我们灵魂的活动都凝滞了,这种时间仍然会流逝,不受任何影响。

牛顿在物理方程式中,用字母 t 表示时间。他假设时间t为独立于事物、实实在在存在的、均匀线性流逝的实体。几个世纪以来,在以牛顿模型为基础发展出的现代物理学中,科学家用各种物理公式描述世界,而这些公式中都包含了t。

虽然很多人都已把“时间是独立的,均匀的”这个观点当作常识,可是,对人类而言,它并不是一个自古就有的很自然的直觉。实际上,大多数哲学家都不太认可牛顿的观点。

德国著名的哲学家、数学家莱布尼茨(Leibniz)就相当反对牛顿的时间观。据说,莱布尼茨的名字原本是写做Leibnitz,中间有个t,为了表示他不相信牛顿的绝对时间t,他硬是把t从自己的名字中给踢了出去,所以,后来他的名字就成了Leibniz。

爱因斯坦:时间是幻觉

就在人们夹在两个时代的巨人——亚里士多德和牛顿——中间,思考着谁的观点才是真理时,另一个具有划时代意义的科学巨匠——爱因斯坦带着他的相对论跳了出来,他告诉大家“时间只是幻觉”,人们对“过去、现在和未来之间的区别只是一种错觉,尽管是一种持久的错觉”。

这又怎么理解呢?在谈这个之前,我们先说一个曾经让好些物理学家百思不得其解的迷思——光速不变。

什么意思呢?我们一般知道速度是相对的。比如说,一个人坐在每秒50米的火车上,火车上有一个皮球以每秒3米的速度在滚动。在这个人眼中,皮球的速度是每秒3米。而在月台上的人眼中,这个皮球的速度需要叠加上火车的速度,也就是每秒53米。

很多人想当然地觉得光速也是如此。然而,1887年,美国物理学家迈克耳孙和莫雷进行的一个实验,给大家带来了意想不到的结果。这个实验被后人称为“迈克耳孙-莫雷实验”。他们在实验中发现,不论地球运动的方向同光射出的方向是一致的或是相反的,测算出的光速都相同,也就是光速不变。

按照这个结论,如果将上面火车的例子中的皮球换成“光子球”,就意味着无论是火车上的人,还是月台上的人看到这个“光子球”都是以每秒3米的速度在运动。

“迈克耳孙-莫雷实验”做了几十年,实验环境和条件改变了很多次,但是结论都是一样的。这,怎么可能呢?

会“变魔术”的时间

现在,终于轮到爱因斯坦出马为大家解谜了。爱因斯坦认为,不存在绝对的时间,也不存在绝对的空间。他提出了一个“时空统一”理论,也就是时间与空间是一体的,叫时空。不能光说时间如何如何,或者空间如何如何,而应该说时空如何如何。物理学家把构成世界物质实在的物质叫做“场”,比如什么温度场、电磁场,而时空就是引力场。

引力场与世界上的其它物质并没有什么区别,它们都是场。世界是多个场的叠加,引力场只是其中一层。和其它场一样,它既不是绝对的,也不是均匀的、固定的,它会弯曲、伸展,还会和其它场相互作用。

引力场,也就是时空,可以像平面一样平滑,这就是牛顿描述的版本。但也可以波动起伏,我们所说的引力波就是如此,它会收缩与膨胀。

这样“光速不变”的迷思就解决了,光速不变,是因为时间在变。那么时间的变化,有没有什么规律呢?

这就不得不提到爱因斯坦的相对论了,爱因斯坦的相对论包括“狭义相对论”和“广义相对论”两个理论。根据狭义相对论,高速移动物体的时间流逝得比静止的要慢。而广义相对论则说,处于强引力场的物体时间流逝得比弱引力场的要慢,也就是说站在地上的人,头部时间的流逝要比脚的时间流逝的要快,因为头离地远,比起脚,引力场要弱一些。这样看来,说时常倒立可以美容美颜,还是有科学依据的。

那么,爱因斯坦说的到底对不对呢?让我们来看几个经典有趣的例子。

原子钟实验

1971年,两位较真的科学家约瑟夫‧哈菲尔(Joseph Hafele)和理查德‧基廷(Richard Keating)用数台铯原子钟做了一个实验。

大家知道,这个原子钟相当相当准确的,德国的某种原子钟,1亿8千7百万年内的时间误差为1.7乘以10的负16次方,连一秒都不到。所以,用它来做实验,衡量时间是否变化也就非常可靠了。

好,回到实验,哈菲尔和基廷把两个原子钟分别放在两架分别向东和西飞的商务客机上,并对比放在美国海军天文台的原子钟。

之所以一个飞机向东,一个飞机向西,是让顺着地球自转方向的飞机获得更快的相对速度,而逆着地球自转的飞机,自然相对速度就慢了,这样两个飞机之间的速度差距就会变大,实验结果的差别也就更明显。

我们之前说了,按照广义相对论,引力场弱的地方时间会变快,按照狭义相对论,速度快的物体时间会变慢。飞机上的原子钟处于“高空高速”,而天文台的原子钟是在“地面静止”,所以爱因斯坦两个相对论的因素都需要考虑进去。

实验结果怎么样呢?往东飞行的飞机上的原子钟比地面上的慢了59纳秒,而往西飞行的飞机上的原子钟比地面上的快了273纳秒。爱因斯坦的广义相对论和狭义相对论同时得到了验证。

其实,我们现在使用的GPS定位系统也是每天都需要根据相对论进行时钟校对。否则,卫星上的原子钟每天会比地面快38微秒。大家别觉得好像不多嘛,如果我们考虑到GPS系统要求纳秒级的时间精度,这个误差就非常可观了。38微秒等于38,000纳秒,如果不加以校正的话,GPS系统每天将累积大约10公里的定位误差。

NASA双胞胎实验

2015年,美国宇航局做了一项特别的生命探索实验,找来一对双胞胎,宇航员斯科特‧凯利(Scott Kelly)和他的哥哥马克‧凯利(Mark Kelly),他们弟兄俩因为是同卵双胞胎,所以拥有相同的基因组。

美国宇航局将斯科特送上了太空,在国际空间站待了340天,而哥哥则留在地球上。等斯科特回来之后,对比两人基因的变化,以研究太空生活对人体的影响。

大家看看美国宇航局公布的照片,是不是觉得上了太空,在高速环绕地球飞行的环境下生活的斯科特,看上去更年轻?不过,因为美国宇航局没有公布两人参加实验前的照片,所以我们也说不准,斯科特是不是原本看上去就更年轻些。但是美国宇航局的研究,却切切实实地证明,斯科特比马克衰老的慢了。怎么回事呢?

原来,美国宇航局在做基因检测时发现,斯科特上太空期间,身体衰老显着减慢,因为位于染色体末端的“端粒”(telomere)缩短速度变慢。

这个端粒又是什么东西?端粒是存在于细胞染色体末端的一小段DNA,它的作用是避免染色体受损,但随着人的年龄增长,端粒会变短,细胞随之逐渐老化死亡。而在这次双胞胎太空实验中,斯科特的端粒缩短速度变慢了,而马克的端粒则以正常速度持续衰老。

不过当凯利回到地球后,他的端粒很快便回复至正常的缩短速度。

古人说,天上方一日,地上已千年,看来我们祖先的智慧真是不容小觑呀。

块宇宙

基于爱因斯坦的相对论,2015年,麻省理工学院哲学教授布拉德福‧史高(Bradford Skow)提出了“块宇宙”(Block Universe)理论。

这个理论认为,既然按照爱因斯坦的“时空统一”理论,时间和空间不可分割,都是1维时间加3维空间,这样四维宇宙的一部分,那么,在这其中所有发生的事情都在时空中有着自己的坐标。

块宇宙是绝对静止的,在四维时空中静止,没有什么时间流逝,没有什么斗转星移,世界就是静止的一块,时间轴上,每一个时间点对应着一个三维空间在那一瞬间的影像,整个块宇宙就是由无数个这样的三维空间影像构成。

如果我们能够跳出来看块宇宙,就如同在我们这个世界看电影一样,你能够选择任何一个时间点来观看当时所发生的事。

既然说到看电影,大家都知道,按下播放键之后,电影就会顺着时间不断地播放。那么放到块宇宙理论中,应该也有个对应的播放键一样的东西,让我们人类感受到时间不可逆的流逝。

MIT物理学家和哲学家马克斯‧泰格马克(Max Tegmark)和英国物理学家朱利安‧巴伯(Julian Barbour)认为这个开关就是我们的大脑,时间流逝就是我们大脑的错觉。大脑的神经元结构让我们对过去拥有记忆,但我们不知道未来会发生什么,所以记忆才会让人们产生了时间有在流逝的概念,让我们以为一切都是从过去到现在,之后再到未来。

如果宇宙真是这样的,如何才能超脱幻觉,看到过去、现在和未来呢?现在的科学水平还做不到。那么有谁能做到吗?

释迦族的故事

古印度时期,波斯匿王的次子琉璃王篡位后,决定攻打迦毗罗卫国,消灭释迦佛的亲族。

释迦佛连续三次坐在军队的必经之路上,劝阻琉璃王。第三次时还出现了飞龙和金凤挡住去路。琉璃王在感动、惧怕之下,班师回国。然而,架不住佞臣的怂恿,琉璃王第四次出兵,这一次释迦佛没有再阻止。最后释迦族被灭。

释迦佛的弟子目犍连就问释迦佛其中因由。释迦佛开释道,很久以前,琉璃王曾经是水里的鱼王,统率着河里的鱼、鳖、虾、蟹。住在河边的人都喜欢吃鱼,在把所有的鱼吃完后,还捞起体型庞大的鱼王,当时一共有五百人一起吃了鱼王的肉。释迦佛的种族,就是当时吃鱼的这些人。那时,释迦佛还是一个小孩子,他没有吃鱼,但出于好奇,曾在鱼王的脑袋上打了三下,后来释迦牟尼成佛后,就是为此头痛了三天。而鱼王转生琉璃王后要灭掉释迦族也是这个原因。

至于琉璃王的下场,释迦佛在其屠城后预言,七日后琉璃王和他的军队必会被灭。七日后,果然忽然天降暴风雨,水漫都城,琉璃王和他的国家也彻底灭亡了。

佛家认为,修行觉悟的人,能洞悉一切因缘,能观察到过去、现在和未来。这样看来,佛陀原来是最伟大的科学家呢。

好了,今天就和大家分享到这里。未解之谜,我是扶摇,我们下期见。

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(责任编辑:王晓玉)

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