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时间之谜被破解?科学家在实验室造出宇宙,竟发现时间自己产生

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你有没有打过苍蝇?你有没有发现,苍蝇的反应特别快,你明明已经用最快的速度拍过去了,它还是能轻松躲开。为什么苍蝇反应那么快?是因为它脑子转得快吗?

不全是。还有一个很重要的原因:苍蝇对时间的感知和我们不一样。对苍蝇来说,我们的动作就像慢动作一样。


所以它能轻轻松松躲开。这就很有意思了——同样的时间,在不同的生物眼里,居然是不一样的。那时间到底是什么?它是客观存在的,还是我们大脑编出来的?

这个问题,人类已经想了几千年了,到现在也没完全搞明白。最早的时候,人们觉得时间是天经地义的。

太阳东升西落,四季春夏秋冬,人从出生到老死,这不都是自然而然的吗?时间不就是这样一直往前流的吗?

牛顿也是这么想的。他说时间是绝对的,是宇宙自带的背景,就像一个舞台,所有的事情都在这个舞台上发生。时间自己走自己的,和你没关系,和我也没关系。

但后来爱因斯坦出来了,他说,不对,时间不是绝对的,时间和空间是绑在一起的,叫时空。你跑得快,时间就慢;你待在引力强的地方,时间也慢。这就是相对论。刚出来的时候没人信,觉得是胡说八道。但后来的实验证明,爱因斯坦是对的。


比如,你把一个钟放在山顶,一个钟放在山脚,过一段时间你会发现,山顶的钟走得快一点,山脚的钟走得慢一点。因为山脚的引力更强。虽然差的那点特别特别小,你根本感觉不到,但确实是差了。

所以说,每个人的时间其实都是不一样的。你站着和坐着,时间都不一样。

那如果引力特别特别强呢?比如黑洞附近。黑洞的引力强到连光都逃不出去,那它附近的时间会慢成什么样?

说出来你可能不信,在黑洞的事件视界附近,时间几乎是静止的。如果你能站在黑洞边上待一小时,等你再回到地球,可能地球已经过了几百年了。

这就是《星际穿越》里的情节,主角在黑洞旁边的星球上待了一会儿,回来发现女儿已经变老了。这不是瞎编的,这是真的,是相对论的推论。但相对论虽然厉害,它还是回答不了那个最根本的问题:为什么时间有方向?为什么时间只能往前走,不能往后走?


在物理学的公式里,时间往前和往后是对称的。你把时间倒过来,公式照样成立。但在我们的现实世界里,时间只能往前,不能往后。杯子掉地上会摔碎,碎杯子不会自己拼回去;人会慢慢变老,不会越活越年轻;你把牛奶倒进咖啡里,它们会混在一起,不会自己再分开。这是为什么呢?

这个问题,热力学给出了一个答案:熵。什么是熵?简单说就是混乱程度。热力学第二定律说,一个封闭系统的熵只会增加,不会减少。就是说,东西只会越来越乱,不会自己变整齐。比如你把一副新牌拆开,顺序是整整齐齐的。你随便洗几下,它就变乱了。

你再洗一万下,它也不会自己洗回原来的顺序。这就是熵增。熵增的方向,就是时间的方向。也叫"时间之箭"。那为什么时间有方向?因为宇宙的熵一直在增加。从大爆炸开始,宇宙的熵就一直在往上涨,从来没停过。但这个解释也有个问题:为什么宇宙一开始的熵那么低?

如果熵只能增加,那宇宙刚开始的时候,肯定是一个特别特别有序的状态。这个初始的低熵是怎么来的?没人知道。这也是物理学最大的谜团之一。而且,熵增虽然能解释时间的方向,但解释不了另一件事:为什么我们会觉得时间在"流动"?你想啊,空间是不动的,我们在空间里走来走去。


但时间不一样,我们好像是站在原地不动,时间从我们身边哗哗地流过去。为什么会有这种感觉?这个问题,物理学回答不了,得去问心理学和神经科学。你知道吗?我们大脑里其实没有一个专门的"时间器官"。我们不像有眼睛能看、有耳朵能听那样,有一个专门的东西能感知时间。

我们对时间的感知,其实是大脑"算"出来的。而且大脑算时间还特别不准。你开心的时候,觉得时间过得特别快;你无聊的时候,觉得时间过得特别慢。同样是一小时,感觉能差出好几倍。为什么会这样?

心理学家研究过,当你注意力高度集中的时候,大脑忙着处理各种信息,没工夫"数"时间,所以你就觉得时间快。当你无所事事的时候,大脑一直在"数"时间,所以你就觉得慢。还有一个特别有意思的现象,就是遇到危险的时候,你会觉得时间变慢了。

比如出车祸、从高处掉下来,很多人事后回忆说,当时感觉时间像慢动作一样,每一个细节都看得清清楚楚。为什么会这样?因为遇到危险的时候,大脑会进入一种超级专注的状态,处理信息的速度会变得特别快。同样的时间里,大脑处理的信息变多了,你就会觉得时间变慢了。


就像电脑CPU超频了,同样一秒钟,能算更多东西。还有,为什么年纪越大,觉得时间过得越快?这个也有好几种解释。一种解释是,对小孩来说,什么都是新鲜的,每天都有新东西,大脑要处理很多新信息,所以觉得时间慢。

对大人来说,每天都差不多,上班下班吃饭睡觉,没什么新鲜事,大脑处理的信息少,所以觉得时间快。另一种解释叫比例说。你五岁的时候,一年是你人生的五分之一,所以你觉得特别长。你五十岁的时候,一年只是你人生的五十分之一,所以你觉得短。就像你有一百块钱,花十块觉得挺多;

你有一千块钱,花十块就觉得没什么。你看,连我们自己对时间的感知都这么不靠谱。那时间到底是真实存在的,还是我们大脑编出来的幻觉?

这个问题,哲学家们吵了几千年了。有的说时间是真实的,是宇宙的基本组成部分。有的说时间只是我们的错觉,是大脑为了理解世界而构建出来的。

更有意思的是,不同的文化,对时间的理解也完全不一样。我们现代人觉得时间是线性的,一直往前走,过去就过去了,不会再回来。但很多古代文明不这么想,他们觉得时间是循环的。比如四季轮回,比如昼夜交替,比如朝代更替,都是转一圈又回到原点。还有的文化觉得时间是静态的。


过去、现在、未来都同时存在,只是我们在其中穿行而已。就像一条路,路的起点和终点都在那儿,只是你从这头走到那头。你看,就这么一个简单的时间概念,不同的人能想出完全不同的理解。而且你还不能说谁对谁错,因为大家都没法证明。说到时间,就不得不提时间旅行。

几乎每个人都幻想过,如果能回到过去该多好。但时间旅行这事,靠谱吗?

从理论上讲,相对论是允许时间旅行的。比如你坐着接近光速的飞船去太空转一圈,回来的时候你就到了未来。但这只是去往未来,回到过去呢?回到过去就麻烦了,会出现各种悖论。

最有名的就是祖父悖论:如果你回到过去,在你爷爷还没结婚的时候把他杀了,那你爸爸就不会出生,你也不会出生,那是谁回去杀的你爷爷?还有信息悖论:比如有人回到过去,把贝多芬的乐谱给了贝多芬,贝多芬照着抄了下来,然后成了大音乐家。那这些乐谱到底是谁写的?


它们好像凭空出现的一样。这些悖论说明什么?说明回到过去可能是不可能的?还是说,有什么我们还不知道的机制,能阻止这些悖论发生?有人说,时间旅行只能去平行宇宙,你改变的只是另一个宇宙的历史,和你原来的宇宙没关系。

也有人说,时间是自洽的,你就算回到过去,也改变不了任何事情,你做的一切本来就是历史的一部分。这些都还只是猜想,没人知道真相是什么。说到这儿,我们再来说说最近那个特别火的实验。

英国伯明翰大学的科学家,在实验室里造了个"迷你宇宙",然后发现时间可以自己从里面长出来。他们是怎么做的呢?

他们用了24000个铷原子,冷却到特别特别低的温度,比绝对零度只高几十亿分之一度。在这么低的温度下,原子会进入一种很特殊的状态,叫玻色-爱因斯坦凝聚态。


简单说就是,所有的原子都变得步调一致了,它们不再是一个个单独的粒子,而是像一个整体。这团原子云,就是他们的迷你宇宙。为什么叫宇宙呢?因为它是一个完全封闭的系统,没有外部的东西能影响它,也没有外部的时钟。

然后他们把这团原子云分成两半,一半当系统,另一半当环境,然后观察它们之间熵的流动。结果发现,随着时间的推移,系统的熵确实在增加。而且通过测量熵的变化,他们居然能在这个封闭系统里定义出时间来。

不需要任何外部的时钟,只看系统内部的混乱程度,就能知道现在是哪个时刻,就能给事件排出先后顺序。换句话说,在这个迷你宇宙里,时间真的从内部自己涌现出来了。这就很有意思了。它至少证明了,在一个简化的系统里,时间确实可以从内部自己产生。那我们的真实宇宙呢?

会不会也是这样?我们感受到的时间,会不会也是从更底层的量子相互作用里涌现出来的?

如果真是这样的话,那时间就不是宇宙的基本属性,而是一个"副产品"。就像温度不是基本属性,而是大量分子运动的副产品一样。就像湿不是水的基本属性,而是大量水分子聚在一起才有的性质一样。


当然,这个实验还很初步。这个迷你宇宙和真实的宇宙比起来,还是太简单了。它只有24000个原子,而且是一维的。真实的宇宙有多少原子?

数都数不清,而且还有引力、暗物质、暗能量这些复杂的东西。所以我们还不能说已经搞懂了时间的本质。

但这个实验确实是一个重要的里程碑,它第一次在实验室里实实在在地观察到了时间的涌现。其实,我觉得研究时间最有意思的地方,不是找到最终答案,而是这个探索的过程。你越往深了想,越会发现我们对这个世界的了解有多浅薄。

我们每天都在使用时间,我们的生活被时间安排得明明白白,但我们连时间到底是什么都不知道。这本身就是一件特别神奇的事儿。而且,思考时间也能让我们换个角度看人生。你想想,人的一生也就短短几十年,放在宇宙的尺度上,连一瞬间都算不上。

那我们每天纠结的那些事儿,那些烦恼,那些焦虑,又有多大意义呢?


当然,这不是说我们就不用努力了,不用好好生活了。恰恰相反,正因为时间有限,正因为生命短暂,我们才更应该好好珍惜,好好活在当下。最后想说一句,时间这东西真的很奇妙。它看不见摸不着,却无处不在。

它塑造了我们的生活,也塑造了我们的认知。我们每个人都在时间里出生,在时间里成长,在时间里老去。但时间到底是什么?

可能我们这一代人,甚至下几代人,都未必能找到最终答案。但没关系,人类的好奇心会一直推着我们往前走。总有一天,我们会揭开时间的真面目。那一天可能还很远,但至少,我们已经在路上了。

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