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第1章

来源:《奇闻怪事》2016年第07期

栏目:奇闻大视野

有时,它如离弦之箭;有时,它像老牛拉破车;有时,它又好似蜗牛般爬行。我们惜时如金,我们又随意抛撒,但我们总是希望更多地拥有它。对我们来说,时间是那样自然,以至于很容易使人忘记。实际上,它是多么奇特,奇特得简直令人震惊。

我们对时间了解得越多,就越是对它感到焦躁不安,就像一团乱麻,剪不断,理还乱。为什么它只往一个方向流动?它是真实的存在,抑或只是我们想象中的幻觉?时间旅行有可能吗?它是怎样开始的?它会结束吗?它能够提供晦涩难懂的万物至理吗?时间为何物?时间是什么?正是这个问题,一直困扰着从古代哲学家到启蒙运动以及之后的许多科学家。然而,历经几千年的思索和科学进步,人们对有关时间的属性仍未达成共识。我们能够认识时间却不理解时间,甚至在调查时间的方法上,都还存在严重的分歧。

时间之谜

人类全部历史证明,设计出精确的历法和时钟以测定时间的流动,是一项既艰难又旷日持久的智力探索。许许多多年来,人们根据天体的运动和季节的变化编制过多种历法:苏美尔人将一年分为360天,每年有12个太阳月,每月30天;埃及人则把一年延续到365天;后来罗马人又做了些改期动,加上教皇格雷果里十三世于1582年精心的改进,才有了今天的格雷果里历法,其3323年的误差还不足一天。

在早期人类社会里,人们出于与我们现在同样的目的——知道自己何时身居何地,将日又分成更小的时间单位,毫无疑问,白天头顶上的太阳就是人类最早的计时器,继之人们是靠插在地上的棍棒投下的影子来计时的,直立的棍棒成了原始的日晷仪。

时间的两个概念

时间同人们日常生活密不可分。从天文学角度来讲,时间主要有两个不同的概念:“时刻”与“间隔”。

“时刻”就是某事发生在什么时候,即在某年某月某日的某时刻;“间隔”就是发生这两件事之间的时间间隔有多少年、多少天等等。

普通人对时刻和时间间隔的精度要求不高,准确到分钟,最多到秒就够了。可是在生产和科学实验中,既需要非常精确的时刻和时间间隔,又需要很长的时间标准,于是就带来了新的问题:如何来建立——

时间的精确标准

从古代起就很自然选择了天(日)为时间间隔标准,最初以太阳升到最高点(日影最短)为中午,连续两次中午之间的时间间隔为1日,叫太阳日。后发现太阳日的长度在变化,就用某恒星连续两次经过子午圈的时间作为1日,称为恒星日。它比太阳日均匀多了,再按一定比例折算为太阳日,称为平太阳日;相应的时间系统就称为平太阳时,也就是世界时(UT)。这实际上是以地球自转周期作为时间间隔标准;如果地球自转是绝对稳定的,那就没有问题。可是随着授时工具(钟)的不断改进,在20世纪初期就从天文观测中发现地球自转周期不够稳定。

自1960年起,科学家开始用原子钟来记录时间。后来发现以铯原子的同位素制造的原子钟稳定性最好。据说现在最精确的钟表是氢原子钟。其精度为1千万年误差1秒钟,非常精确。铯原子钟的精度为约162000年相差1秒钟,虽然从精度上来说不如氢原子钟,但就实用和商业角度而言,铯原子钟已成为世界各国的钟表标准器。

原子钟也不断在改进,但不会是绝对稳定的,因此还要寻找更稳定精确的时间标准。1982年,发现了第一颗毫秒脉冲星,即快速自转的中子星,其自转周期为毫秒量级或更短。经初步研究后发现它们的自转周期非常稳定,其稳定程度可达到原子钟水平;于是几年后就有人提出是否可考虑建立以毫秒脉冲星作为时间计量的新标准。科学家们一面寻找更多更稳定的新毫秒脉冲星,一面建立实现用脉冲星计时的理论和技术。20年来已取得了很大进展。已发现几十颗毫秒脉冲星,其中稳定度很高的十几颗,可以考虑作为脉冲星计时的候选对象,但是要实现脉冲星计时,现在还不成熟。

时间和空间关系如何

从物理学上来讲,时间是与空间、物质紧密相联的。时间是物质的一个特性,也是所有物质的一个共性。所有的空间、物质、能量都离不开时间,没有物质、能量、空间、运动,也就没有时间。

牛顿和以前的大多数科学家,都认为时间是绝对的,像一条均匀流淌着的长河。除太阳系中的行星等绕太阳转动外,遥远的恒星均匀静止地分布在无限平直的空间中,这就是牛顿等人的宇宙观。但理论上的研究和实际观测很快否定了这种观点。牛顿自己就是引力的发现者。恒星在相互引力作用下,不可能静止;随着恒星位置观测精度的提高,发现恒星也在运动(在天球上的移动称为自行)。星团、星系的发现,说明恒星不是均匀分布的。

19世纪末正式出现时间和空间结合的四维时空观,即其中三维是空间,一维是时间;1905年爱因斯坦的狭义相对论,正式提出时间的相对性,即两个不同运动速度的参考系中,时间快慢不同,并经实验证实。1915年,爱因斯坦在所提出的广义相对论中,进一步发挥了时间的相对性原理。存在引力场时,四维时空不再是平直的欧几里得空间,而是弯曲的黎曼空间。在此黎曼空间中的时间不仅同运动有关,也同在引力场中的位置有关。

时间是否有起点和终点

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