西班牙超现实主义画家萨尔瓦多·达利《记忆的永恒》 ,融化的钟表成为一个经典的符号。
你有时间吗?
此话的一层意思是,你有空吗。有趣的是,我们用“有”来描述“空”。时间这种看不见摸不着的东西,似乎是一个实体,可以被占有,被切割,被交换。
先哲奥古斯丁曾说:“时间究竟是什么?没人问我,我倒清楚;一旦问我,我想说明,便茫然不解了。”
差不多是what time is it和what is time的区别。
时间也进入了科学的领地。爱因斯坦有另一句名言,时间不过是根深蒂固的幻觉。果真如此吗?在春天开始之时,我们想花点时间聊下时间。
我们邀请了两位年轻的同学,阿尔法书院本科生田笑源,以及朱伟实验室博士生刘黔渝,由两位为我们带来关于时间的讨论。
田笑源将分享古文明中的一些时间观念,这集中体现在历法之中;刘黔渝将分享从牛顿到爱因斯坦的时空观念变革,时空被紧密交织在一起。更为神奇的是,类似的时空结构,也在不同的物质体系里涌现,在物理底层遥相呼应。
今天是元宵节,意味着春节的结束。结束也意味着开始,春天万物焕新,也愿你在新的时间里,有自己的时间。
左:刘黔渝,右:田笑源
时间是谜一样的存在,在科学里,在文学里。
在博士生刘黔渝的阅读体验里,王小波的《万寿寺》套嵌了一个小说里的小说,主人公失忆后不断重写曾经的创作,时间呈现出一种迷宫式的非线性特征。而在普鲁斯特的《追忆似水年华》中,意识流的笔触又将极短的一瞬拉伸得极其绵长 。
在精密钟表出现之前,时间并非“机械的”。人类最初的时间观念源于对自然的观测,特别是太阳与月亮的周期性律动。时间,是生活体验的一部分,也是生命体验的一部分。当代人的生活节奏,也许已经淡化了自然时间节律的感受。
对于西湖大学天文社的田笑源来说,宇宙的浩瀚宽广让他深感震撼。而人类早期的时间观念,大多来自于仰望星空。
早在五千多年前,苏美尔人便通过观测月相确立了太阴历体系,以朔望月(约29.53天)为基础,一年分为12个月。听起来很熟悉对不对?类似的,我们今天习以为常的“七日一周”制度,其根源可追溯至古巴比伦。他们通过肉眼观测到日月以及金木水火土五星,合为七大天体,构建了一个以七天为周期的社会运转逻辑。
苏美尔文明中的混沌兽和太阳神(Chaos Monster and Sun God)
这种对周期的强调在犹太文明中演化为“安息日”,被视为人与时间相处的圣域,时间在其中被具象为一种“永恒的建筑” 。
与农业生产紧密挂钩,古埃及人因尼罗河的周期性泛滥而感知到一年的轮回 。他们根据天狼星随太阳升起的现象预测洪水,并制定了每年365天的太阳历,这正是现代公历(格里高利历)最直接的源头。
中国古代采用“阴阳合历”,既用二十四节气指导农耕,又以月相周期安排社会生活。通过巧妙的“置闰”手段,古人完美校准了阴历和阳历周期间的“误差”。刚过去的春节之所以这么“晚”,是因为去年有一个闰六月,使得过去的阴历年长达384天,从而让2026年的春节“推迟”了大约19天。
你看,既不能辜负太阳,也不能辜负月亮。
汉代托克托日晷,是我国现存最早、最完整的日晷。日晷,几乎是各大古文明共有的人类早期时间装置发明。
相比之下,玛雅文明和古印度文明的时间观带有浓厚的循环色彩。玛雅人拥有多套并行历法,其中著名的“长计历”在2012年的所谓“归零”,实际上只是一个宏大周期的循环,而非所谓的“世界末日”预言。
古印度则认为时间是一个转动的轮盘,没有起点,也没有终点,由“劫”(Kalpa)等巨大单位构成,其中一“劫”的时间单位(约43.2亿年)竟意外地与现代科学测算的地球年龄(约46亿年)惊人接近。
“在古印度,时间是一个无尽的循环。”田笑源说。
进入现代科学时期,牛顿将时间与空间剥离开来,赋予其“绝对、均匀流逝”的属性,将天上与地下的物理规律统一起来。但也给人类留下了一个“幻觉”:时间在任何地方都是一样的。
然而,爱因斯坦的相对论彻底粉碎了这个平直的时间轴。
爱因斯坦从“光速不变”这一惊世骇俗的假设出发,推导出时间与空间必须一起改变 。当你运动得越快,你的时钟就走得越慢,这就是“钟慢效应”。
时间不再是独立的背景板,而是被纳入了四维时空的结构中,每个人、每个物体都拥有其“固有时”(proper time)。这种效应并非只存在于黑板上,现代GPS定位系统如果不同时修正相对论带来的时间误差,定位精度将偏离数公里之多。
电影《星际穿越》剧照,当父亲结束星际旅行后,女儿已经是一位白发老人。
如果说相对论讨论的是时间的“弹性”,那么热力学则解释了时间的“方向”,正所谓“时间之矢”。
物理定律在牛顿力学或量子力学方程中大多是时间对称的(即可倒转),但热力学第二定律——熵增原理,为宇宙指明了单向的箭头。按此推理,宇宙趋向于无序,这似乎预示着一个“热寂”的结局。
然而,数学家庞加莱也曾证明,在一个有限的封闭系统中,经过极其漫长的岁月,一切终将“回归”初始。但注意,“热寂学说”和“庞加莱回归”都有特定条件,并非意味着宇宙的必然命运。
更令人震撼的发现或许在于凝聚态物理领域,结合他的研究,聊天的尾声进入了又一个理解时间的视角。
在特定的固体物质体系中,研究者发现电子的行为可以“涌现”出某种相对论效应。在某些量子模型中,通过调节格点上的物理量,可以在物质内部构造出一种等效的“弯曲时空”结构 。
例如在石墨烯等准二维材料中,其中的电子在某些情况下不再遵循普通的薛定谔方程,而是遵循描述高速相对论粒子的狄拉克方程。这意味着,即使在一个速度远低于光速的固体实验室里,我们也能够观测到类似于狭义相对论的物理现象。
物质体系在这里像是一个精巧的“宇宙模拟器”,时间与空间的结构在多体相互作用中重新“涌现”了出来。这或许,又将给我们全新的认知启发。
至少,时间不只是钟表的滴答,也是宇宙的呼吸。
爱因斯坦在1905年发表了他的狭义相对论。1907年,毕加索画下了《亚威农少女》,这被视为立体主义运动的开端。这种处理方式意味着画家不再站在一个固定的点观察,而是在不同时间、从不同角度观察对象,并将这些碎片“同时”拼贴在画布上。毕加索当时深受数学家庞加莱关于非欧几何和四维空间论述的影响。20世纪初,艺术与科学几乎同步经历了一场对“绝对时空”的颠覆。
《三体》中有一句话——光锥之内皆为命运。
想象你在三维空间的某点(坐标原点)点亮一只手电筒。光向四周扩散,随着时间流逝,光能到达的范围形成了一个不断扩大的球体。
如果我们把时间作为纵轴,空间简化为横轴,扩散的圆在时间轴上向上延伸,就会形成一个漏斗状的圆锥体,这就是光锥。
从这个视角下想象,人的一生,就是在光锥之内,在时空中画出的一条属于自己的曲线(世界线),而这条线永远无法跑出你的光锥。
所以,你想画出一条怎样的曲线?
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策划 丨 俞熙哪
编辑 丨 沈 是
校对 | 徐 珊