立場新聞 Stand News

甚麼是時間?

2017/1/16 — 12:19

The Persistence of Memory, by Salvador Dali

The Persistence of Memory, by Salvador Dali

 

時間究竟是甚麼?是真實存在,仰或只是我們幻想出來的東西?這個問題長久以來困擾著人們,包括哲學家和物理學家。如果你問我,我會變做「五毛」/「689 路姆西」,借用奧古斯丁的名言迴避問題:

即是如果沒人問起我的話,我是知道的。但如果有人問起並要我解釋的話,我便不知道了。
What then is time? If no one asks me, I know what it is. If I wish to explain it to him who asks, I do not know. 

廣告

雖然我不知道答案,但至少我可以講解/討論一下在物理學中我們對時間的概念。

時間是維度,時空的一部份

現實中時間是不存在,只是人想像/訂立出來的?的確我們的時鐘主要是根據我們生活作息的規律以訂立,心理、生理時鐘亦會影響我們對時間流逝速度快慢的判斷。可是時間不只是人的感知,是可以客觀地用物理體系的週期來表明。好像地球自轉/公轉一週的時間,更準確的可用不穩定/帶有輻射性的原子的半衰期 (half-life) 來制定。

廣告

那麼時間是甚麼?其實在主流物理學中,從來都是將時間看做其中一個維度 (dimension) ,雖然時間不像空間般可以用肉眼觀察到。即使在平常生活,中學接觸到的牛頓力學也是。維度的數目簡單講就是形容一件事或物件最少需要的座標數目。簡單的例子就好像約會,除左說明地點之外還要說明時間。現知我們身處的世界是四維的,時間與空間物理歸納叫做時空 (spacetime) 。時間在牛頓力學同相對論既分別只係在於時空的結構。

時間是相對的

在牛頓力學,時間是絕對的 。簡單來說就是時間是獨立存在的,任何人在任何情況下所量度出的時間也是一樣。因此我們可以客觀地說明一件事情在甚麼時候發生,「同時 (simultaneous) 」這個概念亦可以明確定義。這些與我們日常生活所感受到的吻合,所以牛頓力學比較容易接受、理解。可是在相對論中,時間是相對的,就像速度在牛頓力學中,不同的觀察者量度出的速度是不一樣。因為時間是相對,所以「同時」、時間的絕對長短這些概念在相對論中的現實世界不適用。只是大部份人/情況下都沒有如「保特般 9.58s 的神速」,所以察覺不到時間的相對性。詳細淺易對狹義相對論的說明可以看看以下的短片:

時間的方向性

時間與其他維度最大的分別在於時間的方向性,即是不像在空間中我們可以自由活動般,我們在時間軸上只可以從過去到未來,這也是哲學、物理學長久以來未能解答的問題。因為大部份物理學既理論都是在逆向時間中對稱不變 (time reversal-invariant) ,即同一實驗,用攝影機回播來看其實都沒有違反物理定論,除了熱力學 (thermodynamics) 和弱核力 (weak force) 。即使在相對論中,雖時間是相對,但在《熱力學第二定律 (second law of thermodynamics) 》*下,時空旅行亦只限於穿越未來。簡單來說,熱力學第二定律是指這世界所有宏觀系統只會隨時間的流逝,趨於混亂、離散和毀壞,量子世界則除外。就如 689 上台之後,香港只會越來越亂,而不會撥亂反正。另,快過光速就可以回到過去?相對論沒有說明,畢竟相對論的假設就是沒有任何訊息可以以快過光速的速度傳遞。

究竟時空旅行、回到過去是否可行?雖然現在仍沒有確實答案,不過在哲學、物理學界的共識是至少有某些情況邏輯上是不許可的。回到過去或許真的可行,但絕不會如電影《回到未來》般可以任意修改歷史,因為這與因果關係有矛盾——至少小弟是這樣認為。但某些很怪異的時空旅行如 Robert A. Heinlein 的短篇小說《行屍走肉 (All You Zombies) 》,至少邏輯上可行。

有興趣可以參考Craig Callender的《Introducing Time》

有空再談。

*有機會寫另一篇文詳細討論。

作者 facebook 專頁

 

 

 

 

發表意見