在浩瀚的宇宙中,物体的运动轨迹似乎清晰可辨,但判断一个物体是否相对于我们静止,却成为一个复杂的问题。为了解决这一难题,我们引入了“空间”的概念,即我们通常所说的位置。
想象一下,你手持相机,记录我从A点到B点的移动。对你来说,我的移动路径一目了然。然而,对于其他人来说,他们无法确定我是从B点走向A点,还是从A点走向B点,因为在物理定律中,这两种可能性都存在。
经典物理学告诉我们,时间是恒定不变的,它只能向前流逝,就像射出的箭,永远无法回头。这种时间观念符合我们的日常经验,给予我们一种内心的安宁。我们本能地认为时间是一维的,有先后顺序,我们只能经历过去,感受现在,而无法预知或体验未来。
然而,经典物理学并未解答一个关键问题:为什么时间只能单向前进,而不能倒流?在经典物理学的框架下,时间箭头应该具有双向性,且两个方向相互对称。这种对称性在理论上合理,但在实际经验中却难以感知。
长期以来,人类对时间的理解一直是模糊而抽象的,未能触及时间的本质。直到19世纪中期,克劳修斯提出的热力学第二定律为我们提供了全新的时间观念。该定律认为,孤立系统内的混乱度(即熵)将持续增加,直至达到最大混乱度。
如果我们的宇宙是一个孤立系统,那么它将自发地走向混乱,而非有序。这种趋势在日常生活中随处可见,如破碎的镜子无法自行修复,只会变得更加无序。尽管我们可以在局部地区和特定时间内创造出有序的低熵环境,但无法扭转宇宙整体走向混乱的大趋势。宇宙自发地走向熵增,表明时间箭头无情地指向未来,无法回溯到过去。
然而,时间的绝对性早已受到质疑。爱因斯坦的狭义相对论展示了一个全新的相对时空观,指出时间和空间都是相对的,每个人所经历的时间实际上都有所不同。速度和引力都会影响时间的流逝。例如,如果你以接近光速的速度离开地球,或者在黑洞附近停留一段时间,当你返回地球时,你会发现地球时间可能已经过去了几十年甚至更久。
尽管时间是相对的,但这种相对性仅在两个人处于同一参照系时才有意义。对于永远不返回地球的人来说,无论他的时间变得多慢,对地球上的人来说都没有意义。每个人只需对自己的“本征时间”负责,即自己口袋中钟表所显示的时间。
在微观世界中,因果律也受到了挑战。双缝干涉实验中的“量子延迟擦除实验”表明,后到达的光可以影响到先到达的光,这意味着后发生的事件似乎“预知”了结果,并据此影响了之前的光束。这种因果顺序的颠倒令人震惊。
庞加莱提出的“庞加莱回归”理论更是颠覆了我们的传统认知。该理论认为,任何粒子经过足够长的时间后,都会回到几乎与初始位置相同的地方。这意味着,只要时间足够长,宇宙大爆炸这样的事件也有可能再次发生。虽然这种可能性需要我们无法想象的时间跨度,但科学家们已经在多粒子量子系统中证实了这一现象的存在。