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時間從何而來?

發佈時間:2021-01-17 09:23:00來源: 光明網

  上下四方曰宇,古往今來曰宙。請隨我們進入“時間”的故事。

  時間是什麼?時間從何而來?

  這是很多人都在思索的問題,也有很多人對時間表示疑惑,不知道為什麼會有時間。在科學和技術上,時間的概念非常明確,就是人們為了分辨事件先後順序而設定的一個座標。這個問題的解釋要從宇宙的起源開始。

  宇宙大爆炸

  宇宙創生之前,沒有空間也沒有時間,只是一個“點”。這個“點”的體積無限的小,但質量非常大,引力也異常的大,以至於連光線都被吸在裏面發不出來。人們目前所知道的物理定理在這裏都是失效的,我們把這個“點”叫做奇點。 奇點靜靜的漂浮在那裏,沒有人知道它為什麼在那,也沒有人知道它要幹什麼。 突然,“砰”的一聲,奇點爆炸了,這下可熱鬧了!原子核、電子等形成物質的各種基本粒子,一個接一個的產生了。這些粒子相互碰撞、相互結合、相互分離,慢慢的產生了各種物質。隨後,我們現在看到的星系也逐漸產生了。由於爆炸的衝擊,這些星系一個接一個的遠離爆炸的中心。

  圖1. 奇點大爆炸(圖源:作者) 這個過程,就好似推翻的多米諾骨牌一樣的連鎖反應,一個事件導致另一個事件發生,然後慢慢的,就形成了我們的這個宇宙。

  “時間”的提出與定義

  在宇宙演化一百三十多億年後,產生了人類。從此,這個宇宙就不平靜了。有一天,兩個人遇到並激烈的爭論起來,因為有一件事,他們統一不了意見。一個人説:“是這朵黃色的花先開的,那天我打死了一隻野豬。” 另一個説:“是這朵紅色的花先開的,那時候我正在這朵花旁挖地。”

  他們爭論了好久都沒能統一,只好去找族長,看族長有沒有什麼辦法分出先後。族長聽了沉默不語,仰頭看着天空,靜靜的想了好半天,語重心長地説:“出現這個問題也不奇怪,那是因為我們沒有定義出時間。如果有了時間,我們只需要説出每件事發生的時間座標,就可以比較它們發生的先後順序了。” “那麼,族長,我們為什麼不創造“時間”呢?” “是呀!人類需要一個時間。”

  1、時間的性質族長開始忙碌起來,他要創造時間!族長集中了部落裏的幾十位先知,成立了一個時間局。經過他們絞盡腦汁的思索與冗長的討論後,給出了時間的三條性質:

  第一條:時間的作用是打標記。制定時間是為了要幹什麼?就是為了給一個事件打標記。通過比較兩個事件的時間標記,就可以知道事情發生的先後順序。 第二條:時間要被大家所承認。首先,我們部落內部的活動,大家要使用同一個時間標準。如果不使用同一個時間標準,譬如張三和李四,那麼他兩人對同一個事件的標記就無法進行比較,如此就失去了時間的意義。

  其次,等將來我們幾個部落之間有相互交流的話,部落相互之間使用的時間,也要一致!這樣,部落之間才有對事件進行比較的可能。等將來部落擴展到全球,那就要統一全球的時間標準。 第三條:時間要能測量。我們制定一個“時間”,想讓大家都能用上,那就需要大家都可以測量到它。如果人們測量不到,那又怎麼能夠用呢!

  2、時間的要素把時間的性質搞清楚後,時間局的任務馬上就能完成了。他們很容易就確定了創造時間的方法:選一個起點,再選一個週期現象,對這個週期現象進行累計,這就是“時間”。

  時間的起點與週期

  起點的選定比較容易,可以選用某一個偉人的生日,大家後來同意確定使用耶穌的生日。至於週期現象,則讓大家費了一番功夫。 樹上的年輪一年長一圈,這就是一種週期現象。但大部分人並不同意使用這個週期現象,因為觀測這個現象要把樹砍斷,難度較大。 喇叭花每天早上開放,也是一種週期現象。但冬天就觀察不到這個現象了,因為不持久,所以很多人也不同意。 族長家後院有個泉水,常年累月的滴水,一滴一滴的,也是一種週期現象。但由於這個泉水在族長家,其他很多人都觀測不到,也被否認了。 最後,大家一致同意,用“日”這個週期現象:太陽昇起一次就是過了一天。這種週期現象較為容易觀測,也能被大家所接受。這樣,時間就產生了! 人們在非常長的歲月裏,都在使用這種由太陽得到的時間標準進行生活。直到科技發展,人們需要更加精準的時間,才轉而使用其他的週期現象,使時間的產生更加容易把控,精度更高。

  結語

  這就是時間起源的故事。人們定義出一個時間尺度,利用這個尺度作為比較事件發生先後的依據。這個時間尺度可以一直向前推到宇宙大爆炸,向後推到宇宙結束,這就給出了所有計時器具都必須遵守的參考標準。所有的計時器具都按照這個標準進行校準,這就把時間的產生轉化為時間的測量。

  作者簡介:李孝輝,中國科學院國家授時中心研究員,博士生導師,國家衞星導航重大專項專家組成員,主要研究時間頻率測量、時間同步、衞星導航。陳瑞瓊,中國科學院國家授時中心副研究員,博士,主要從事高精度時間頻率測量、改進的衞星共視法研究、標準時間頻率遠程復現等方面的研究工作。

(責編: 李雨潼)

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