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题图作者：Cheva

时间是什么？也许有人会回答时间是金钱，当然这只是为了提醒人们要充分利用时间，并不是说时间的本质就是金钱。今天我们要讨论一下时间在物理上的意义。在物理学的各种方程中，时间都是一个必不可少的参数，在牛顿看来，时间和空间是永恒的，绝对的存在。这也符合我们日常生活中的经验。在牛顿和大多数普通人看来时间具有以下的一些性质：

第一个叫统一性，也就是不管在哪里大家经历的时间都是同一个时间。虽然由于地球自转的原因，当中国是白天的时候，美国却是夜晚。但是如果大家都用世界标准时，比如格林威治时间的话，在任何时刻大家的手表都应该指向同一个时刻。但是在爱因斯坦的相对论建立以后，这一特性就被打破了。不同的人因为他的运动状态不同，选取的参考系不同，对时间的经验也会不同。这就是有名的双生子佯谬。当两个年纪一模一样的双胞胎兄弟，哥哥留在地球上，弟弟坐飞船以接近光速的速度去太空中旅行，当弟弟返回地球时，他会发现，本来和他年纪相同的哥哥却比他老了很多。虽然这只是一个思想实验，但现实中用基本粒子做的类似实验证实了这一理论。比如太阳向周围的宇宙空间中发射一种基本粒子，这种基本粒子在实验室的环境中，它的寿命只有不到一分钟就会衰变成其他的基本粒子。而从太阳到地球的距离就算以光速运动也需要8分钟。但是在地球上，我们仍然能够从来自太阳的宇宙射线中检测到这种粒子，就是因为在高速运动中，粒子的时间变慢了，对它来说，从太阳到地球所花的时间还不到一分钟，但对我们人类来说，却足足有8分钟。

在普通人看来，时间还有第2个特性就是方向性，时间只会从过去流向未来，而绝不会倒流。但是现在人类所知的所有物理定律，它们对时间都是对称的，也就是说不管时间是正向流动还是反向流动，或者说这些物理方程中的时间，不管是取正号还是取负号都是成立的。一个简单的比喻就是你拍摄一个不断弹跳的小球，先假设在弹跳的过程中没有能量的损失，那么小球的每一次弹跳高度都是一样的。你把这个过程拍摄成视频，这之后无论你正向播放还是倒放，你都不会觉察出有什么异样，因为他们几乎是完全一样的。不过物理学中有一项定律是涉及到时间的方向性的，就是热力学第二定律，也叫熵增定律，在一般的科普作品中一般把熵解释为混乱的程度，那么热力学第二定律内容就是随着时间的流逝，混乱的程度只会越来越大。就像一间屋子，如果没人收拾的话。随着时间的流逝，它只会变得越来越乱。但是把熵说成混乱的程度，只是照顾普通人的理解力，而并不是熵的精确定义，熵这个物理量的精确定义实际上是人类主观上的某种状态对应的微观排列的数量。

还是以房间为例，一个乱糟糟的房间，枕头可能是被丢在了地上，也有可能是被丢在了沙发上。但是在一个外人看来，这两种状态都是对应的房间很乱这一个状态。所以时间流逝只是我们的一种主观感受，如果我们能够分辨出每一种状态所有细微的不同。那么也就没有熵增定律了。

除此之外，在我们日常生活中时间还有一个特性就是确定性，虽然按前面相对论中的说法，不同的人，他所经历的时间是不同的。但同一个人他所经历的时间总应该是确定的吧，比如我现在看一看钟，是上午9点。那么可以确定我就处在上午9点这个时刻，我不可能既处在上午9点又处在晚上12点。但是到了微观世界就要使用量子力学了，量子却是可以处于叠加态的，也就是说一个粒子它既可以处在不同的时刻。

可以看到在我们日常生活中认为的时间所具有的性质实际上都是不存在的，那么时间本身究竟是什么？这个我们认为理所当然的问题却没有那么显而易见的答案。