萬(wàn)物的狀態(tài)都會(huì)在時(shí)間長(zhǎng)河中發(fā)生變化,有些變化在宏觀層面上可以很容易的觀察到,例如生物體的生老病死,物質(zhì)經(jīng)過(guò)化學(xué)變化發(fā)生的腐爛,物體在空間中的運(yùn)動(dòng);
有些變化在宏觀層面上由于時(shí)間尺度的問(wèn)題也不容易被觀察到,例如恒星的死亡,畢竟一個(gè)恒星的壽命最短也在千萬(wàn)年的尺度上,相對(duì)于人類百年的壽命來(lái)說(shuō)長(zhǎng)的不可以思議。
有些變化發(fā)生在微觀層面上,例如組成萬(wàn)物元素的衰變,衰變屬于核反應(yīng),它會(huì)導(dǎo)致原子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)量更低的元素,直到原子核穩(wěn)定不在發(fā)生衰變。
我們直到比鉛重的元素原子核都不穩(wěn)定,都會(huì)發(fā)生衰變,只是半衰期長(zhǎng)短的問(wèn)題,那么不發(fā)生衰變的元素就能永遠(yuǎn)存在嗎?
一直以來(lái)我們認(rèn)為宇宙中的重子數(shù)是守恒的,也就是不管原子核發(fā)生怎樣的衰變,質(zhì)子和中子的數(shù)量加起來(lái)是不會(huì)變的,但是根據(jù)最新的理論預(yù)測(cè)(大統(tǒng)一理論)質(zhì)子也會(huì)發(fā)生衰變,只不過(guò)半衰期時(shí)間尺度大的驚人為10^30 年,而宇宙現(xiàn)在的年齡也才10^10年。
重子數(shù)的不守恒為我們理解宇宙物質(zhì)來(lái)源,反物質(zhì)消失之謎提供了思路,但不管怎么說(shuō),宇宙中現(xiàn)存的我們能看到的物質(zhì),總有一天都會(huì)在無(wú)情的時(shí)間長(zhǎng)河中消亡,那么時(shí)間本身呢?它會(huì)停止嗎?
為什么時(shí)間之箭會(huì)朝著單一的方向去推動(dòng)萬(wàn)物走向衰亡,而不會(huì)發(fā)生倒流?要知道所有的物理定律、公式中都沒(méi)有關(guān)于時(shí)間方向的規(guī)定。
也就是說(shuō)在我們?nèi)祟愑脕?lái)描述宇宙的物理公式中是允許時(shí)間發(fā)生倒流的,那為什么在現(xiàn)實(shí)生活中我們看不到這樣的景象呢?
時(shí)間這東西確實(shí)是有些抽象,因?yàn)樗皇悄芸匆?jiàn)和摸著的實(shí)體,并且在感覺(jué)上也比較模糊,有時(shí)覺(jué)得時(shí)間客觀存在,有時(shí)又覺(jué)得時(shí)間不存在,只不過(guò)是人為規(guī)定的。
我們對(duì)時(shí)間的測(cè)量和單位確實(shí)是人為規(guī)定的,但是這一點(diǎn)并不會(huì)影響時(shí)間客觀存在的事實(shí),因?yàn)闀r(shí)間是事物在宇宙空間中發(fā)生變化的一個(gè)過(guò)程。我舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子:
今早你起床上班,從你家到公司的這個(gè)過(guò)程,你在空間中發(fā)生了位移,那么這個(gè)位移的整個(gè)過(guò)程就是時(shí)間。而你位移的快慢(速度)就決定了這個(gè)過(guò)程(時(shí)間)的長(zhǎng)短。
你到了公司坐在辦公桌前一早晨都沒(méi)有離開(kāi),你先對(duì)于周圍的事物沒(méi)有位移,那是否就沒(méi)有經(jīng)歷時(shí)間這個(gè)過(guò)程呢?并不是的,你在宏觀上沒(méi)有位移,但是在你體內(nèi)的微觀時(shí)間卻無(wú)時(shí)無(wú)刻不在發(fā)生變化,這個(gè)變化的過(guò)程也是時(shí)間的流逝。
再者,我們還知道,在宇宙中沒(méi)有絕對(duì)靜止的物體,所以任何事物都會(huì)經(jīng)歷一個(gè)在空間中變化的過(guò)程。也就是說(shuō),任何事物都會(huì)經(jīng)歷時(shí)間的流逝,而時(shí)間流逝的速度正是由事物變化的快慢決定的。
萬(wàn)物變化的快慢不盡相同,并且有些事物的變化毫無(wú)規(guī)律可言,所以我們就需要在自然界找到規(guī)律變化的事物來(lái)統(tǒng)一規(guī)定時(shí)間的流逝速度,指導(dǎo)我們的生產(chǎn)生活。
人類在3萬(wàn)年前就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了天空中日月星辰的規(guī)律變化,來(lái)確定地球節(jié)氣的變化,以指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn),這其實(shí)就是人們對(duì)時(shí)間測(cè)量的開(kāi)始。
后來(lái)我們根據(jù)地球自轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)以及月球的運(yùn)動(dòng)規(guī)定了年月日,并將一天劃分為24小時(shí),以更加精確的時(shí)間來(lái)測(cè)量其他事物在空間中的變化速度。
這個(gè)問(wèn)題困擾了歷史上許多偉大的哲學(xué)家和物理學(xué)家,因?yàn)楦鶕?jù)簡(jiǎn)單的物理定律破鏡可以重圓,摔碎的杯子也可以經(jīng)過(guò)相反的過(guò)程變?yōu)樽畛跬旰玫臓顟B(tài),只要讓時(shí)間逆向發(fā)展就可以了。
那為什么時(shí)間總是向前發(fā)展呢?這個(gè)問(wèn)題最終通過(guò)熱力學(xué)的基本定律得到了解釋。如果你仔細(xì)觀察萬(wàn)物,任何的事物(一個(gè)系統(tǒng))都會(huì)從一個(gè)有序的狀態(tài)逐漸的變?yōu)闊o(wú)序的狀態(tài),這個(gè)過(guò)程被稱為熵增。
熵增這個(gè)過(guò)程在自然狀態(tài)下不可逆,除非再次向這個(gè)系統(tǒng)輸入能量,來(lái)減小系統(tǒng)的熵。舉個(gè)例子,杯子摔碎以后,杯子的排列從有序變?yōu)榱藷o(wú)序的狀態(tài),要想再次讓杯子恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài),就必須再次消耗能量進(jìn)行修復(fù),而獲取能量的過(guò)程就會(huì)導(dǎo)致其他的事物的熵增加。
房間好幾天不收拾,就會(huì)落滿灰塵變得混亂,如果你想讓房間再次變得整潔,就必須消耗能量去收拾,這個(gè)過(guò)程太陽(yáng)的熵在持續(xù)的增加,畢竟我們身體內(nèi)的能量都來(lái)自太陽(yáng)能。
我們身體內(nèi)的熵也在不斷的增加,所以我們就必須通過(guò)不斷地獲取能量來(lái)降低熵的增加,延長(zhǎng)壽命,直到我們某一天死亡,身體內(nèi)的原子再次回歸大自然。
熱力學(xué)定律告訴我們,熱量會(huì)自發(fā)的從高溫物體傳遞到低溫物體,但無(wú)法從低溫物體自發(fā)的傳到到高溫物體,而對(duì)外界不產(chǎn)生任何影響。
由于整個(gè)宇宙的能量是有限的,且宇宙還在不斷的加速膨脹冷卻,總有一天宇宙中的能量會(huì)到達(dá)一個(gè)無(wú)法傳遞的過(guò)程,屆時(shí)整個(gè)宇宙會(huì)徹底處于一個(gè)無(wú)序的狀態(tài),萬(wàn)物都會(huì)衰亡。
這就是時(shí)間之箭單向流逝的原因。
如果你看到這里,相信你心中已經(jīng)有可答案,我們常說(shuō)時(shí)間和空間是在宇宙誕生之后產(chǎn)生的,之前不存在所謂的時(shí)間和空間。而時(shí)間的存在又依賴于物質(zhì)在空間中的運(yùn)動(dòng)和變化。
那么當(dāng)宇宙中的恒星在萬(wàn)億年以后衰亡,變?yōu)榘装呛椭凶有牵@樣的恒星殘骸也會(huì)非常長(zhǎng)的時(shí)間尺度上冷卻直到變?yōu)楹诎?。屆時(shí)整個(gè)宇宙會(huì)一片黑暗,毫無(wú)生氣。
更加重要的是整個(gè)星系會(huì)不可避免地朝著中心方向塌縮,黑洞會(huì)吞噬大量的物質(zhì),引力越來(lái)越強(qiáng),最后吞噬整個(gè)星系。
那么黑洞能夠永恒存在嗎?也不能,根據(jù)霍金輻射黑洞也會(huì)發(fā)生衰變緩慢的損失質(zhì)量,直到消失。最終的宇宙會(huì)沒(méi)有任何的物質(zhì),那么時(shí)間也會(huì)在這里終結(jié)。
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