时间怎么定义出来的(物理中时间与时刻的概念)

时间到底是什么?这是一个令人困惑的问题,千百年来,争论不休。

目前的物理学对它的认识是什么样的呢?今天,我们就来好好地聊一聊这个问题。

物理学中的时间

话说如果你把物体的运动情况录下来,倒着放给19世纪中叶前的物理学家们看,他们是完全看不出有什么异样的。因为在经典理论的框架下,时间是没有箭头的,这就好比看电影,你正着看,或者倒着看,其实并不影响物理理论的成立与否。所以科学家们一直搞不清楚:时间到底是什么?

我们都知道经典物理学的宗师是:牛顿。老爷子理论很牛,但是他的工作方式也是科学家们的典范,用他的工作方法正好可以解决这个问题。


时间到底是什么?


具体来说就是先下定义,要弄清楚时间是什么,就得先给时间下定义。很遗憾,我们目前来说是无能为力的。也就是说,直接粗暴地给时间下一个定义是不现实的。

不过没关系,牛顿老爷子还给们留下了第二个绝技:牛顿的烈焰激光剑。

这理论指出:

所有不能进行实验和观测的东西都是不值得辩论的。


时间到底是什么?


说白了就是,老爷子定下了一个规矩:物理学只去研究那些可以测量的物理量,如果一样东西定义不了。或许,我们可以从测量的角度去定义。那具体咋测量呢?

时间的测量

其实老祖宗们老早就这么做了,自从进入了农业社会,我们就得弄清楚什么时候耕作最合适,这就需要计时的东西。这时候,老祖宗们陷入了沉思,这该咋办呢?正当想得入神呢,他们望向了天空,惊讶地发现,这不是有现成的东西么?

后来,老祖宗们做了一次测量定义:日出到下一次日出就是一天。月亮绕地球一圈就是一个月。太阳绕着地球一圈就是一年。(现在我们知道其实是地球绕着太阳,不过这也只是参考系不同罢了。),历法也就此应运而生。

也就是说,通过测量定义时间,时间其实就是:周期性发生的事。

所以,我们古人有句老话:

往古来今谓之宙,四方上下谓之宇

也就是说:宇宙=空间+时间。宙指的就是时间。


时间到底是什么?


这个定义一直沿用至今,时钟、手表其实都是利用的周期性振动的东西来制作的。目前最精准的测量仪器是铯原子钟,就是靠铯原子的周期性振动来计时的。


时间到底是什么?


铯原子钟

时间的箭头

用测量定义的方式,我们定义了时间的基本单位。但还是有个问题没有解决,那就是时间到底有没有方向?这方面的研究也被称为时间的箭头。

时间到底是什么?

刚才也说到19世纪中叶之前的物理学家是没办法知道物体运动的方向的,正着来,倒着来,对来他们说都可以用理论去解释。直到一个神理论出现,那就是热力学里的“熵增定律”。

对于熵增定律,最常见到的比喻就是:原来整整齐齐的屋子,随着时间,会越来越乱。

如果宇宙是一个大的系统,整个系统是朝着原子运动越来越混乱的方向发展。混乱度越高,熵也就越大。


时间到底是什么?


说白了就是,原来宇宙的万物其实都是原子有序排列构成的,比如:人就是。

但随着时间的发展,宇宙的宿命是:东西还是那些东西,但它们太混乱了,根本无法构成物质。

这个定律的出现,物理学家们都乐呵毁了。因为它告诉了物理学们:时间是有方向的,这个方向就是熵越大的方向。

有些物理学家更是指出,人类感知的时间流逝其实也是熵越大的方向。人的老去,其实就是原子越来越无序的排列导致的。不过,时间箭头的这套理论目前只是建立在科学家的猜想阶段,还没有任何可靠的证据可以做支撑。


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