时间不是衡量事物变化快慢的标准尺。

是事物的变化快慢,定义了时间。

 

(一)

习以为常的观念是,时间是一种绝对的度量。

时间的流逝是绝对的,每分每秒的间隔都是固定的,不随外界物质或者事物变化而改变。

时间和空间是康德两大先验的纯粹形式。时间和空间它不是东西,它本身只是一个空白的形式框架,物体往空间这个框架里放,事件——或者说物质的变化——往时间这个框架里放。时间和空间都是绝对静止不变的。

时间像画好横线的稿纸一样,每一行的宽度都一样。事件在这稿纸上肆意展开,就像在这稿纸上写上不同的字。一件事情持续了5秒,一定比另一件持续1秒的事情花费的时间要久。

时间就是金钱,时间好像一个标准货币。我们说一件事情花费了多少时间,好像时间是一种稀有资源,可以使用来推进事情的发展。而这种资源又是标准的。10小时才干完的事情,就比9个小时干完的事情“多花了1小时”。

一个人过了10年,他就比10年前的他年长了10岁,他就过了10年的光阴。光阴对每个人都是公平的,每个人一天都有24小时,一年365天(不算闰年的话)。

但时间,真的那么绝对客观吗?

 

(二)

时间如果是绝对的度量,那么对所有人来说,毫秒、秒、分、时、日、月、年的时间长度应该都是一样的。我们是怎么知道这些单位时间是多长的呢?具体而言,1秒究竟多长?

我们看着石英手表的秒针”咔哒“一下走了一个刻度,或者电子时钟上的秒计数器”咔哒“一下跳了一个数字,这个时间就是1秒,就是这么一”咔哒“。

有喜欢刨根问底的人就会问,为啥1秒就要这么定义,是一”咔哒“这么长,不是”咔——哒——“那么长?

这要回到古人怎么直观感受时间了。日升日落为一日。把1日分成24份为1小时,把1小时分为60份为1分钟,把1分钟分为60份为1秒。也就是说,1秒等于日升日落循环一次的八万六千四百分之一。

这秒分时的划分是古埃及人规定的,后来西方都通用了,再后来全世界也通用了。中国古代用的是时辰,1日分成十二时辰,从子时到亥时。

小时和时辰的定义古今中外各不相同,但1日的定义,全世界古今的人都没有异议。

时间的这种精确性,古今一致性是很不寻常的。和距离单位“里”、重量单位“斤”不同,我们至今无法准确说出古代人说“一里地”究竟是多远,也不知道“一斤”究竟多重,甚至在古代同个时期不同地方的人,一里地和一斤代表的距离和重量也是不一样的。但我们知道,古埃及的1日跟现代的1日从本质上是一样的。

 

(三)

但天文学又告诉我们,每天日升日落的周期并不那么精确。

这种用以太阳日升日落作为时间基准的方式,叫做太阳时(Solar Time)。在地上立起一根垂直的杆子,每天太阳影子最短的就是正午,且这个影子指向正北(或正南,或没有影子)。等到第二天太阳影子再次指向正北,这中间的间隔就是1日。

聪明的人类发现,在一年中,每一天太阳影子指向正北的时间并不是精准无误的,每一天的速度并不是均匀的,在春分秋分最短,在夏至冬至最长,这个误差甚至能达到30秒。

日期 1 日的长度
1998 年 2 月 11 日 24 小时
1998 年 3 月 26 日 24 小时 − 18.1 秒
1998 年 5 月 14 日 24 小时
1998 年 6 月 19 日 24 小时 + 13.1 秒
1998 年 7 月 25 日 24 小时
1998 年 9 月 16 日 24 小时 − 21.3 秒
1998 年 11 月 2 日 24 小时
1998 年 12 月 22 日 24 小时 + 29.9 秒

用每日太阳的实际投影所确定的1日长度,叫做真太阳时(Aparent Solar Time, 或者视太阳时)。真太阳时的每日是不均匀等长的。

为了消除这个微小的误差,人们发明了平太阳时(Mean Solar Time),用一整年的平均数来取代1日的长度,定义为24小时。我们现在使用的都是平太阳时。每天太阳的运动,都和平太阳时有或多或少的偏差。

 

(四)

一个有趣的悖论出现了。

我们以太阳的周期性运动作为1日的标准;而我们又反过来说,太阳的运动不准。我们是根据什么说,太阳的运动不准,而不是测量的工具不符合标准?

标准就是一把尺子。太阳的日升日落本来就是这把尺子,然后说,这把尺子的刻度1厘米和1厘米之间是不均匀的。当然肉眼是看不出这么明显的不均匀,那就一定存在另一把尺子来衡量这把尺子的精准度。

这都归功于更精密的计时工具的发明,比如沙漏、滴漏、精密钟表。人们虽然知道1日是多长,但是1日还是太粗糙了,人们需要更精细的时间。沙漏滴漏就拿一容器存沙存水,下凿一小孔,让沙或水自然落下,再做精确的调校和测算,可以很精确计算秒、分、时、辰。这样1日以内的微刻度也有了。座钟的原理也类似,是通过钟摆的固定的周期运动 —— 高中物理告诉我们,单摆的周期跟摆长成正比,和单摆的摆动高度无关,也和单摆的初速度无关。1米长的单摆,周期就是2秒。沙漏、滴漏、单摆的固有物理属性决定了周期,都是一个很优秀的计时工具。

这些精密计时工具测算的24小时,和日晷测算的太阳日的正午时刻出现最大30秒的偏差,而且无论怎么观测这个偏差时隐时现。

可以想象,第一个钟表是以某日的真太阳时为基准制造的,保持摩擦力、温度、气压、器件磨损、器件尺寸和力学平衡、动力衰减、磁场等条件后,应该就能得到一个非常精确的钟表。这个钟表孜孜不倦地走啊走,每分每秒每小时都是均匀地走。

随着更精密计时工具的出现,人们发现时间总是可以更精确地测量,因此也产生了“绝对时间”这个概念。时间的流逝是绝对的,任何人和任何事物都无法改变时间的流逝,任何事物都是在绝对时间和绝对空间中运动。太阳日的不精确是因为地日轨道并不是完美的圆;钟表的不精确是因为环境的扰动。现实中的计时工具虽然总有误差,但尽可能排除掉干扰因素,就越能趋近那心目中完美的绝对时间。

在2018年11月16日召开的第26届国际度量衡大会上,绝对时间被定义了出来:1秒就是处在绝对零度和零磁场环境下的静止的未受干扰的铯-133的原子基态的两个超精细能阶间跃迁对应辐射的9,192,631,771个周期的持续时间。这是现在精密计时工具可以达到的极限了。

也是时间的客观性和绝对性所能达到的极限了。

 

(五)

有没有可能,时间并不如康德所认为的那么客观和绝对。爱因斯坦给出了一种相对时间观。

时间本不存在,真正存在的是物质的变化和运动。时间描述的是某个东西相对于其他东西变化的相对值。

我们进行一项思想实验。假设有一个平行宇宙,一切东西都比我们当前的宇宙要平等地慢一倍。这个宇宙中的光速是我们当前宇宙的一半,变成15万公里每秒,一个天体绕另一个天体的时间是两倍,量子半衰期变成两倍。那么我们作为在这个平行宇宙中的人,会感觉这个宇宙更慢吗?

答案是不会。平行宇宙里,人们不会发现有任何不一样,所有物理规律形式仍然成立,万有引力系数麦克斯韦方程都不会变化,地球自转一圈变成48小时,人在地面上起跳之后落回地面的速度降低一半,但是人类的神经元电信号刺激的传达速度也下降一半,线粒体、ATP、钠钾泵的运行效率也下降一半,细胞新陈代谢和老化的速度也下降一半,导致人的感觉、行动也平等地下降一半。

在这个平行世界里,地球自转一圈仍然会会这个平行世界里的人类“确定”为24小时,只是平行世界里的1小时等于现在世界的2小时;人类的平均寿命会从70岁拉长到140岁,但是由于地球公转一圈从2年变成1年,因此所谓的140岁,其实地球只绕着太阳转了70圈。在这个平行世界里,人们仍然会把地球公转一圈定义为1年,而人类的平均寿命还是70岁。

换句话说,在这个时间单位被整体拉伸了2倍的宇宙里,如果所有变化都按同一比例缩放,那么“时间是否变了”在物理上是不可判定的。当时间整体拉伸时,世界本身并没有发生任何可观测变化。

不是时间作为尺度去衡量变化,而是变化的结构与节律,生成了时间这一概念。


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