1.時(shí)間觀念的起源:
物體運(yùn)動形成的事物演化狀態(tài)出現(xiàn)的先后順序性,世間某些事物的狀態(tài)具有穩(wěn)定的再現(xiàn)性,人們便自然地將相鄰再現(xiàn)的狀態(tài)之間順序間隔定為1個(gè)時(shí)間單位,實(shí)現(xiàn)了時(shí)間的量化 用日、月、年來計(jì)量時(shí)間,在人類歷史上就是這樣形成的。
此后,人們又注意到某些結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的宏觀物體系統(tǒng),不僅其運(yùn)動狀態(tài)具有再現(xiàn)性,而且相鄰再現(xiàn)狀態(tài)之間的時(shí)間間隔相同。據(jù)此,設(shè)計(jì)制作了鐘表,相應(yīng)地有了新的計(jì)時(shí)單位,稱為秒。地球繞太陽沿橢圓軌道運(yùn)行,日照周期時(shí)長時(shí)短,取其平均值稱作平均太陽日,國際上規(guī)定太陽日的1/86400 為1個(gè)平均太陽秒,簡稱1秒,用字符s表示。近代實(shí)驗(yàn)觀察到原子能級躍遷發(fā)出的光波頻率格外穩(wěn)定,在1967年的一次國際計(jì)量大會上,決定改取銫133原子基態(tài)的兩個(gè)超精細(xì)能級之間躍遷所對應(yīng)的輻射的9192631770個(gè)周期的持續(xù)時(shí)間為1s。
“絕對的、純粹的數(shù)學(xué)的時(shí)間,就其本性來說,均勻地流逝而與任何外在的情況無關(guān)?!薄nD
從科學(xué)的角度來說,“時(shí)間概念的誕生”可以追溯到17世紀(jì),也就是牛頓和以他為代表的經(jīng)典力學(xué)體系的出現(xiàn)。但就經(jīng)典力學(xué)而言,并沒有解決時(shí)間的方向的問題。
與絕對空間觀平行,經(jīng)典物理學(xué)家建立了絕對時(shí)間觀。絕對時(shí)間觀首先認(rèn)為時(shí)間的存在是絕對的,這種存在是獨(dú)立于物體和物體運(yùn)動形成的事物演化之外的。反之,物體卻必須在時(shí)間的流逝中實(shí)現(xiàn)其運(yùn)動并形成物體的演化。再者,時(shí)間的量度也是絕對的,不同運(yùn)動狀態(tài)的測量者所帶的秒表,只要力學(xué)結(jié)構(gòu)相同,秒針運(yùn)動指示的1個(gè)時(shí)間間隔對應(yīng)絕對時(shí)間中的1秒,測量者用這些秒表計(jì)量時(shí)間便完全相同。
3.相對論角度
“在經(jīng)典力學(xué)范疇內(nèi),不考慮相對論時(shí)間度量效應(yīng),討論的內(nèi)容仍以絕對時(shí)間為基礎(chǔ)展開。對我們這些堅(jiān)信物理學(xué)的人來說,過去、現(xiàn)在和未來之間的區(qū)別……不過是一個(gè)幻覺而已……”——愛因斯坦
愛因斯坦的相對論打破了牛頓絕對的時(shí)間觀念,但是相對論同樣建立在“無方向的時(shí)間”的概念上。
在狹義相對論中,時(shí)間也不能脫離觀察者單獨(dú)存在,時(shí)間的度量也會隨測量者而異。例如,A,B兩個(gè)觀察者之間若有相對運(yùn)動,那么A會認(rèn)為B攜帶的時(shí)鐘要比A自己攜帶的時(shí)鐘“走”得慢,反之,B則認(rèn)為A攜帶的時(shí)鐘要比B自己攜帶的時(shí)鐘“走”得慢,相對運(yùn)動速度越快,這樣的效應(yīng)就越顯著。
廣義相對論進(jìn)一步認(rèn)為物質(zhì)的存在也會影響時(shí)間的度量。如果把時(shí)空看成一個(gè)四維連續(xù)區(qū)域,由于其中物質(zhì)的存在,整個(gè)四維連續(xù)區(qū)域會發(fā)生彎曲,這意味著不僅空間是彎曲的,而且時(shí)間也是“彎曲”的。據(jù)宇宙大爆炸理論,時(shí)間的以往不是無限的,而是開端于宇宙創(chuàng)生狀態(tài),大爆炸至今大約經(jīng)歷了100~200億年,這就是我們宇宙的“簡史”。
4.熱力學(xué)角度
部分科學(xué)家認(rèn)為,“時(shí)間箭頭的方向其實(shí)就是熵增加的方向”,宇宙的發(fā)展過程就是熵不斷增加的過程。根據(jù)宇宙大爆炸理論,宇宙誕生于一個(gè)奇點(diǎn)的爆炸,也就是說宇宙一開始是一個(gè)奇點(diǎn),發(fā)生爆炸之后才形成各種各樣的物質(zhì)。因此宇宙的誕生過程就是從原來一個(gè)奇點(diǎn)的有序變成了宇宙空間的無序,而且宇宙中的熵只會越來越高,也就是說宇宙的混亂度也會越來越高。
1943年,在愛爾蘭都柏林三一學(xué)院的多次演講中,薛定諤指出了熵增過程也必然體現(xiàn)在生命體系之中,其于1944年出版的著作《生命是什么》中更是將其列為其基本觀點(diǎn),即“生命是非平衡系統(tǒng)并以負(fù)熵為生?!比梭w是一個(gè)巨大的化學(xué)反應(yīng)庫,生命的代謝過程建立在生物化學(xué)反應(yīng)的基礎(chǔ)上。從某種角度來講,生命的意義就在于具有抵抗自身熵增的能力,即具有熵減的能力。在人體的生命化學(xué)活動中,自發(fā)和非自發(fā)過程同時(shí)存在,相互依存,因?yàn)殪卦龅谋厝恍?,生命體不斷地由有序走回?zé)o序,最終不可逆地走向老化死亡。
克氏表述:不可能把熱量從低溫物體傳到高溫物體而不引起其它變化。
開氏表述:不可能從單一熱源吸熱使之完全變成有用的功而不引起其它變化。
首先,兩個(gè)表述都強(qiáng)調(diào)了“不引起其它變化”的前提條件。其次,在兩個(gè)表述所說的“不可能”,不僅是指在不引起其它變化的條件下,直接從單一熱源吸熱而將之完全變成有用的功,或者直接將熱量從低溫物體送到高溫物體是不可能的。而且是指不論用任何曲折復(fù)雜的方法,在全部過程終了時(shí),其最終的唯一后果是從單一熱源吸熱而將之完全變成有用的功,或?qū)崃繌牡蜏匚矬w傳送到高溫物體是不可能的。
乍一看熱力學(xué)第二定律與達(dá)爾文進(jìn)化論有所矛盾,實(shí)則不然。熵增原理只在封閉系統(tǒng)中生效,地球生態(tài)圈不是個(gè)封閉系統(tǒng),每時(shí)每刻都有大量的陽光傾瀉在一側(cè)地表,提供了足以在一定范圍內(nèi)扭轉(zhuǎn)熵增的能量。
熱力學(xué)的時(shí)間方向只和初始條件有關(guān),而不是物理定律的一部分。無序確實(shí)可能是物質(zhì)的最終狀態(tài),但這個(gè)過程并不是均勻地發(fā)生在時(shí)間空間的某一點(diǎn),局部發(fā)生些反熵增也是可以的,所以通過熱力學(xué)并不能講清時(shí)間的方向。
5.量子力學(xué)角度
量子力學(xué)雖然與相對論水火不容,但它是建立在其他學(xué)說之上的,也是不分時(shí)間方向的。
6.因果關(guān)系
長時(shí)間以來,我們一直認(rèn)為時(shí)間只朝一個(gè)方向流動,幾乎不會出現(xiàn)反向流動的情況。在日常生活中。在經(jīng)典計(jì)算機(jī)領(lǐng)域也是如此。因此筆記本電腦上的軟件更容易預(yù)測某個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)在未來的發(fā)展走向,但推測系統(tǒng)過去的活動則要困難得多。即“因果不對稱性”的特性。根據(jù)該特性,沿著時(shí)間的某一方向前進(jìn),會比另一方向需要更多的信息和更復(fù)雜的運(yùn)算。在特定情況下,量子計(jì)算機(jī)中的因果不對稱性竟然會消失,因此量子計(jì)算機(jī)能夠以全然不同的方式進(jìn)行運(yùn)算。經(jīng)典計(jì)算機(jī)的信息只有兩種儲存狀態(tài)(非0即1),但量子計(jì)算機(jī)則不然,信息存儲在亞原子粒子中。這些粒子有著獨(dú)特的運(yùn)行規(guī)則,可以同時(shí)處于多種狀態(tài),未來可能會有研究證明宇宙中其實(shí)并不存在因果不對稱性現(xiàn)象。
當(dāng)下沒有人知道“量子計(jì)算機(jī)”確切的運(yùn)作原理,但并不影響人類去使用它。