天文学
在 X 上关注我 在 Bluesky 上关注我 在 Pinterest 上关注我
中文 English Français Español Português 日本語 Deutsch
 
最后更新:2025年10月2日

时间是什么?

我们星球的运动标志着时间的流逝
我们星球的运动标志着时间的流逝,但时间的本质是物理学中最大的谜团之一。时间没有定义,但我们却用它来构建许多隐喻。科学家们越来越多地质疑时间的本质,“时间是什么?”甚至“时间存在吗?” 图片来源:阿波罗8号(1968年12月)

宇宙中的所有物体都在运动

“当无事发生时,时间便发生了。”让·吉奥诺(1895-1970)

长期以来,地球绕地轴的自转被视为衡量"时间流逝"最精确的标尺。万物皆动,静止并不存在。我们每日目睹事物运动、变化、衰老——确实有什么东西在流逝!

人人都知道时间是什么,但无人知晓时间的本质。然而,我们却不断以隐喻或同义反复的方式谈论它。我们常将时间与时间现象混淆,由此衍生出无数种对时间的定义。 时间是线性的;我们无法以完全相同的方式重历事物,如同无法两次踏入同一条河流。生命的每一刻都被一连串独一无二的事件持续标记着。

自爱因斯坦以来,我们便知道时间即空间,地球如同被抛掷在时空的四维结构之上——宛若一张被行星、太阳、恒星乃至银河系引力所扭曲的巨型蹦床表面。

地球在浩瀚宇宙中随着时空的波动而运动。我们随它一同坠入无限,在永恒变化的螺旋中描摹出连续的点。我们永远不会再次经过此刻所处的这个时空点。这个独一无二的时空位置属于当下,随即消逝于过去,被新的当下时刻所取代——那是时空蹦床上的一个新点。

不存在统一的时间现实

对每个观察者而言,所有时刻都是独特的。阿尔伯特·爱因斯坦将空间与时间的绝对性相对化了。运动会导致时间变慢。因此,空间与时间是相互关联的;空间是时间的一部分,时间也是空间的一部分。

行星、恒星、星系都经历着时间的流逝。宇宙不断演进,过去永远无法重现,而我们的每一天,自宇宙"开端"以来,便是一连串因果的延续。

因果律从未被经验所反驳,它断言:若一个现象(原因)产生另一个现象(结果),则结果不可能先于原因发生。这正是时间呈线性而非循环性的根本所在。

循环时间不太可能,因为即使我们重演宇宙诞生的初始条件,任何微小的改变长期来看都会导致不可预测的结果(混沌理论:对初始条件的敏感性)。

由于每个现象都是其前因的结果,我们无法以完全相同的方式重历事物。凭借因果律,过去是不可改变的;它将永远真实,无法被修改。我们永远不会两次经历同一个时刻。

事物在移动、变化和老化。

时间是什么?
生物体是开放的热力学系统;它们与外部环境交换物质和能量。系统的总熵只会无限增加;这是热力学第二定律。系统永远无法回到先前的状态。图片来源:astronoo.com

我们并非静止不动,而是充满生机。我们的身体不断接收信息进行分析,信息量巨大,每秒可达数千亿条。它只保留其中数千条信息——那些我们最感兴趣的、能让我们获取食物维持生存、在环境中进化发展、并通过繁衍穿越时空的信息。

自私地,我们的感官过滤着现实,记录下的信息只关乎我们的身体、空间与时间。 意识到死亡的意识大脑需要这些参照点。 因此它引入了时间性,为此需要过去、现在与未来。

我们需要感受时间,聆听时钟的滴答声,铭记过去,理解当下,并感知未来。 然而时间的本质却难以捉摸;我们感知到的并非时间本身,而是熵的变化——即事物的变迁、生成、衰老与损耗,而非时间本身。

熵:热力学第二定律

熵是一种热力学函数,它表征了“系统的无序程度”,并确立了物理现象的不可逆性。它与微观有序和无序的概念相关,更确切地说,与从无序状态向更加无序状态的转变有关。一个状态能够呈现的微观状态数量越多,其无序程度就越高。

生命体是开放的能量耗散热力学系统。它们与外部环境交换物质和能量,是能量的大量消耗者。它们遵循与宇宙中所有物体相同的物理定律。生命体对能量的转化基于热力学原理。

退化、不确定性和无序是熵概念的一部分。 换言之,随着时间的推移,任何系统必然趋向无序;有序的事物在整体上逐渐瓦解,在能量交换过程中不断退化,系统的总熵持续增加。其无序程度只会无限增长。 这就是热力学第二定律。

本类别探索内容

弦理论:当物理学突破四维时空的边界 弦理论:当物理学突破四维时空的边界
物质核心:质子的隐秘秘密 物质核心:质子的隐秘秘密
电场如何以30万公里/秒的速度传播,而电子几乎不动 电场如何以30万公里/秒的速度传播,而电子几乎不动
物质为何不能穿透物质? 物质为何不能穿透物质?
磁体:从冰箱小磁铁到磁悬浮列车 磁体:从冰箱小磁铁到磁悬浮列车
从电子自旋到磁性:微型磁体的涌现 从电子自旋到磁性:微型磁体的涌现
自由电子:从碰撞的球体到起舞的波 自由电子:从碰撞的球体到起舞的波
水的反常:宇宙中常见且丰富的分子 水的反常:宇宙中常见且丰富的分子
什么是尘埃?从书架上的灰尘到构建行星的尘埃 什么是尘埃?从书架上的灰尘到构建行星的尘埃
热量与温度:两个常被混淆的热学概念 热量与温度:两个常被混淆的热学概念
电弱力:电磁力与弱相互作用的统一 电弱力:电磁力与弱相互作用的统一
狭义相对论:新物理学的开端 狭义相对论:新物理学的开端
希格斯玻色子:基本力的统一 希格斯玻色子:基本力的统一
量子纠缠:当两个粒子合二为一! 量子纠缠:当两个粒子合二为一!
五夸克:宇宙拼图的新碎片! 五夸克:宇宙拼图的新碎片!
为什么稀有气体稀少? 为什么稀有气体稀少?
布朗运动:两个世界之间的桥梁 布朗运动:两个世界之间的桥梁
阿尔伯特·爱因斯坦1905年的4篇论文 阿尔伯特·爱因斯坦1905年的4篇论文
为什么核聚变需要如此多的能量? 为什么核聚变需要如此多的能量?
费曼图与粒子物理学 费曼图与粒子物理学
核不稳定性势垒 由于核不稳定性势垒,恒星无法创造比铁更重的元素
阿尔法、贝塔和伽马辐射:理解它们的区别 阿尔法、贝塔和伽马辐射:理解它们的区别
普朗克墙理论 普朗克墙理论
绝对真空是乌托邦吗? 绝对真空是乌托邦吗?
巨型对撞机:为什么LHC在世界上独一无二 巨型对撞机:为什么LHC在世界上独一无二
强子世界:从LHC到中子星 强子世界:从LHC到中子星
放射性,天然与人造 放射性,天然与人造
纳米颗粒世界:一场无形的革命 纳米颗粒世界:一场无形的革命
薛定谔的猫 薛定谔的猫
永恒暴胀 永恒暴胀
什么是波? 什么是波?
量子场论:万物皆场 量子场论:万物皆场
量子计算机:科学革命与技术挑战之间 量子计算机:科学革命与技术挑战之间
玻色-爱因斯坦凝聚态 玻色-爱因斯坦凝聚态
物理学中的场概念 物理学中的场概念
从概率云到粒子:量子力学中的电子 从概率云到粒子:量子力学中的电子
什么是熵?走进无序与信息之旅 什么是熵?走进无序与信息之旅
贝塔放射性与中微子:质量与自旋的故事 贝塔放射性与中微子:质量与自旋的故事
时空:空间与时间的统一,理解这个概念 时空:空间与时间的统一,理解这个概念
时间测量:科学与技术挑战 时间测量:科学与技术挑战
物理常数与宇宙常数:万物起源的普适数字 物理常数与宇宙常数:万物起源的普适数字
光谱学,取之不尽的信息源泉 光谱学,取之不尽的信息源泉
宇宙的化学密码:元素的丰度与起源 宇宙的化学密码:元素的丰度与起源
原子的大小 原子的大小
磁性与磁化:为什么有些材料具有磁性? 磁性与磁化:为什么有些材料具有磁性?
夸克与胶子:夸克禁闭的故事 夸克与胶子:夸克禁闭的故事
量子态叠加 量子态叠加
阿尔法衰变 (α) 阿尔法衰变 (α)
电磁感应方程 电磁感应方程
聚变与裂变:两种核反应,两条能源路径 聚变与裂变:两种核反应,两条能源路径
从古代原子到现代原子:原子模型探索 从古代原子到现代原子:原子模型探索
质量的起源:惯性与引力之间 质量的起源:惯性与引力之间
从原子核到电力:核电站的解剖 从原子核到电力:核电站的解剖
加热一杯咖啡需要多少光子? 加热一杯咖啡需要多少光子?
看见原子:原子结构探索 看见原子:原子结构探索
量子力学中的量子隧穿效应 量子力学中的量子隧穿效应
物质的12种粒子:在亚原子尺度理解宇宙 物质的12种粒子:在亚原子尺度理解宇宙
原子轨道:原子的图像 原子轨道:原子的图像
原子核的稳定谷 原子核的稳定谷
反物质:反粒子及其能量的谜团 反物质:反粒子及其能量的谜团
什么是电荷? 什么是电荷?
我们的物质不是量子化的! 我们的物质不是量子化的!
为什么在燃料电池中使用氢气? 为什么在燃料电池中使用氢气?
牛顿与爱因斯坦:同一奥秘的两种视野 牛顿与爱因斯坦:同一奥秘的两种视野
质子的质量从何而来? 质子的质量从何而来?
爱因斯坦的宇宙:相对论引力的物理基础 爱因斯坦的宇宙:相对论引力的物理基础
1905年,寂静的革命:爱因斯坦改写自然法则 1905年,寂静的革命:爱因斯坦改写自然法则
方程E=mc²的真正含义是什么? 方程E=mc²的真正含义是什么?
波与粒子之间:波粒二象性的奥秘波与粒子之间:波粒二象性的奥秘
水的超临界状态:介于液体与气体之间,第四相? 水的超临界状态:介于液体与气体之间,第四相?
量子力学与灵性:看待世界的另一种方式 量子力学与灵性:看待世界的另一种方式