【─ 時間 ─】
【─ 時間 ─】
時間是一種尺度,在物理定義是純量,藉著時間,事件發生之先後可以按過去-現在-未來之序列得以確定(時間點),也可以衡量事件持續的期間以及事件之間和間隔長短(時間段)。時間是除了空間三個維度以外的第四維度。 長久以來,時間一直是宗教、哲學及科學領域的研究主題之一,但學者們尚且無法為時間找到一個可以適用於各領域、具有一致性且又不循環的定義。然而在商業、工業、體育、科學及表演藝術等領域都有一些各自來標示及度量時間的方法。一些簡單,爭議較小的定義包括「時間是時鐘量測的物理量。」及「時間使得所有事情不會同時發生。」
哲學家對於時間有兩派不同的觀點:一派認為時間是宇宙的基本結構,是一個會依序列方式出現的維度,像艾薩克·牛頓就對時間有這樣的觀點。包括戈特弗里德·萊布尼茨及伊曼努爾·康德在內的另一派認為時間不是任何一種已經存在的維度,也不是任何會「流動」的實存物,時間只是一種心智的概念,配合空間和數可以讓人類對事件進行排序和比較。換句話說,時間不過是人為便於思考宇宙,而對物質運動劃分,是一種人定規則。
目前最廣泛被接受關於時間的物理理論是阿爾伯特·愛因斯坦的相對論。在相對論中,時間與空間一起組成四維時空,構成宇宙的基本結構。時間與空間都不是絕對的,觀察者在不同的相對速度或不同時空結構的測量點,所測量到時間的流易是不同的。狹義相對論預測一個具有相對運動的時鐘之時間流易比另一個靜止的時鐘之時間流易慢。在1971年,物理學家哈菲爾(Joe Hafele)與基廷(Richard Keating)做了証明。他們將高度精確的原子鐘放在飛機上繞著世界飛行,然後將讀到的時間與留在地面上完全一樣的時鐘做比較。結果証實:在飛機上的時間流易得比實驗室里的慢。據愛因斯坦的理論,當移動的速度越快,時間流易速度越慢,當移動速度達到光速的一半時,時間約慢13%。
另外,廣義相對論預測質量產生的重力場將造成扭曲的時空結構,並且在大質量(例如黑洞)附近的時鐘之時間流易比在距離大質量較遠的地方的時鐘之時間流易要慢。現有的儀器已經證實了這些相對論關於時間所做精確的預測,並且其成果已經應用於全球定位系統。
就今天的物理理論來說時間是連續的,不間斷的,也沒有量子特性。但有一些理論試圖將相對論與量子力學結合起來,如量子重力,弦理論,M理論,預言時間是間斷的,有量子特性的;但它們還沒有被實驗証明過的。另有一些理論猜測普朗克時間可能才是時間的最小單位。
根據史提芬·霍金所解出廣義相對論中的愛因斯坦方程式,顯示宇宙的時間是有一個起始點,由大霹靂(或稱大爆炸)開始的,在此之前的時間是毫無意義的。而物質與時空必須一起並存,沒有物質存在,時間也無意義。
人出生、成長、衰老、死亡,沒有反過來的。玻璃瓶掉到地上摔破,沒有破瓶子從地上跳起來合整的。古典力學無法解釋時間的不可逆性。兩個粒子彈性碰撞的過程順過來反過去沒有實質上的區別。時間的不可逆性只有在統計力學和熱力學的觀點下才可被理論地解釋。熱力學第二定律說在一個封閉的系統中(我們可以將宇宙看成是最大的可能的封閉系統)熵只能增大,不能減小。宇宙中的熵增大後不能減小,因此時間是不可逆的。
天文學
最早研究時間的科學不是物理學,而是天文學。天文學的一個最重要的任務就是測量時間,從確定日的長短,四季的變化,到制定曆法。在古代中國和在西方一樣,制定曆法的需要是推動天文學理論發展的重要因素之一。
今天的天文學已與曆法或時間測量毫無關聯了,但天文學觀測對時間概念的發展依然非常重要。天體發出的光到地球上被觀測到需要一定的時間。離地球越遠的天體發出的光需要的時間也越長,因此對宇宙越遠的地方的觀測也是對宇宙越古老的時間的觀測。現在最被公認的宇宙學理論(宇宙大爆炸理論)認為時間與空間和宇宙內的質能一樣是在140億年前產生的。目前的天文學觀測估計宇宙的擴展是沒有盡頭的,因此時間也應該是沒有盡頭的。
哲學
傳統哲學對時間研究:古代的本體論採取獨斷的口吻宣布時間的本質和屬性,近代的認識論採取主客對立、非此即彼的態度判斷時間的本質和屬性,近現代的現象學和存在論者則從抽象的人出發去探索時間的本質問題。
現在哲學家對於時間有兩派不同的觀點:一派認為時間是宇宙的基本結構,是一個會依序列方式出現的維度,艾薩克·牛頓就對時間有這様的觀點,因此也稱為「牛頓式的時間」。另一派認為時間不是任何一種已經存在的維度,也不是任何會「流動」的實存物,時間只是一種心智的概念,配合空間和數可以讓人類對事件排先後順序及進行比較。依照戈特弗里德·萊布尼茨及伊曼努爾·康德的傳統,第二派的觀點認為空間和時間「本身並不存在,而是我們表達事物方式的產物」,
宗教
科學對時間的存在觀察,提供人類從自身既有的見解與實據出發 。宗教對時間的存在啟發,即在於補足人類歷代科學見解的不足之處,提出存在可能相對的觀點與反思:
1.關於時間的形態問題:有循環時間觀和線性時間觀。
2.對時間結構的取向問題:過去取向、現在取向、未來取向。
3.時間存在的方式問題:線性存在、非線性存在、瞬時存在的「點」、跨點存在的時間段(線段的形式),形象是清晰、模糊。
基督教、猶太教等對時間的紀錄見諸《聖經》記載,形成聖經神學與系統神學等幫助人深入探討時間的真實性,例如:「主看一日如千年,千年如一日。」《彼得後書3:8》,涉及提示出「地球時間」與「宇宙時間」的差異觀念。
文學
在文學中,時間的流易和不可逆性是一個古今中外一再提到的內容。光陰似箭,日月如梭,這句諺語既體現了古人對時間的最直接的領會:日與夜光與陰的交匯,也體現了古人對時間不可逆性的認識以及對此的感慨。
在科幻小說中,時間旅行是常見題材之一。
時間的使用方式
在社會學和人類學中,時間紀律是社會和經濟規則,慣例,習俗和期望的統稱,用於衡量時間,社會貨幣和時間測量意識以及人們對他人遵守這些習俗的期望。 Arlie Russell Hochschild 和 Norbert Elias從社會學的角度寫了關於時間的使用。
時間的使用方式是理解人類行為,教育和旅行行為的重要問題。時間使用方式的研究是一個發展中的研究領域。問題涉及如何在多個活動中分配時間(例如在家中,在工作中,購物等處花費的時間)。隨著技術的發展,時間會有所變化,因為電視或網際網路創造了以不同方式利用時間的新機會。然而,時間使用方式的某些方面在很長一段時間內相對穩定,例如上班旅行時間,儘管交通發生重大變化,但據觀察,大約20-30分鐘單程大很長一段時間的城市數量。
時間管理是先組織任務或事件,首先估計一個任務需要多少時間以及什麼時候必須完成,並調整干擾其完成的事件,以便在適當的時間內完成。日曆和日程安排是時間管理工具的常見例子。
一系列事件或一系列事件是按時間順序(時間順序)排列的項目,事實,事件,動作,變化或程序步驟的序列,通常在項目之間具有因果關係。由於因果關係,原因先於效應,或者因果關係可能在單個項目中一起出現,但效果決不會先於原因。一系列事件可以用文字,表格,圖表或時間表顯示。項目或事件的描述可能包括時間戳。包括時間以及地點或位置信息以描述順序路徑的一系列事件可被稱為世界線。
一系列事件的使用包括故事,歷史事件(年表),程序中的方向和步驟以及計劃活動的時間表。一系列事件也可以用來幫助描述科學,技術和醫學過程。一系列事件可能集中在過去的事件(例如故事,歷史,年代表)上,未來事件必須按照預定的順序(例如計劃,時間表,程序,時間表),或者集中於觀察過去的事件預期事件將在未來發生(例如過程,預測)。一系列事件的發生在機器(攝像機定時器),紀錄片(災難秒),法律(法律選擇),計算機模擬(離散事件模擬)和電力傳輸(序列事件記錄器)。一系列事件的一個具體例子是福島第一核災難的時間表。
時間旅行或稱時空旅行、時光旅行或穿越時空等,泛指人或物體由某一時間點移至另一時間點,類似在空間中的移動。所有事物都順著時間一分一秒地自然前進,因此這裡的時間旅行單指違反這種自然時間變化的方式:前往未來,或是回到過去。這在哲學和虛構作品中是廣為人知的概念。時間旅行通常藉著存在於假想中的時間機器進行,這概念因1895年H·G·威爾斯的小說《時間機器》而普及起來。
根據目前的物理學,無法確定是否可能進行回溯時間旅行(回到過去);而在狹義相對論和廣義相對論的架構下,朝向未來的時間旅行已被透徹了解,且是經過大量觀測的現象。然而,現今的科技無法讓一物相對於另一物的時間超越或延遲超過幾毫秒。至於回溯的時間旅行,找到允許這件事的廣義相對論解不是不可能,但符合該解的條件可能在物理上無法達成。理論物理學對時空旅行的支持非常有限,通常只牽涉到量子力學或蟲洞。
一些古老的神話描繪了跳躍至未來的人物。印度神話中,梵文史詩《摩訶婆羅多》提到卡卡德米國王的故事。故事中的國王前往天堂與創造神梵天會面,回到地球後發現已經過了許多年。佛教的《巴利三藏》提到時間的相對性,其中《弊宿經》講述佛陀一位主要門徒摩訶迦葉解釋天堂的時間流逝和地球不同。《日本書紀》首次描述的日本故事〈浦島太郎〉講述一位名浦島太郎的年輕漁夫造訪了海底的宮殿,三天後回家時發現外界已經過了300年。《後漢書·郡國志》中記載了〈爛柯山〉的故事:有個人上山砍柴,看到兩個人在下棋,便於一旁觀棋。他才觀棋不久,手上斧頭的握柄已經爛掉了,回家後更發現世間已過了百年。
古希臘時代的哲學家已經開始討論時間的本質,如巴門尼德提出「時間是幻覺」的觀點。幾個世紀後,牛頓支持絕對時間的概念,而同時代的萊布尼茲認為時間只是事件之間的關係,不能獨立表達。其中後者最終產生了相對論的時空觀。
根據狹義相對論和廣義相對論等,恰當的時空幾何或空間中特定的移動方式可能可以容許進行朝向過去或未來的時間旅行(如果能實現那樣的幾何和移動)。物理學家在技術論文中探討了封閉類時曲線(閉時曲線)的可能性。閉時曲線是世界線在時空中形成的閉環,容許物體回到自身的過去。廣相中有描述時空的方程式,已知有些方程式的解包含閉時曲線,如哥德爾時空。不過那些解物理上的可信性仍不確定。
許多科學社群認為不太可能實現回溯的時間旅行。所有容許時間旅行的理論均會產生因果關係上的問題,祖父悖論就是古典的例子:「若有人回到父親出生前的過去,並殺了自己的祖父,會發生什麼事?」諾維科夫和多伊奇等物理學家表示,藉由諾維科夫自洽性原則或多世界詮釋的變體可避免此類時間悖論。命定悖論是時間旅行的另一個悖論。
曾有多項實驗嘗試吸引未來的人藉由時間機器(如果發明了的話)回到現在,並向現時的人們展示該技術,如珀斯的目的地日、麻省理工學院的時間旅人大會等活動。他們大力宣傳時間旅人見面活動的時間地點,並設置永久性的廣告。1982年,位於馬里蘭州巴爾的摩一個自稱Krononauts的團體,舉辦了未來訪客的歡迎會。這些實驗只可能證明時間旅行存在(無法證明時間旅行不存在),但目前為止沒有成功過:已知沒有時間旅人參加任何一次活動。從某些版本的多世界詮釋看來,也可能是未來人確實有回到現在,但那是不同於這個世界的平行宇宙。
大量可觀察的證據支持狹義相對論的時間膨脹和廣義相對論的重力時間膨脹,如著名且易於重現的大氣緲子衰變觀測。相對論表明,光速對於所有參考系的觀察者都是不變的,永遠都一樣。時間膨脹則是光速不變的直接結果。時間膨脹在某種意義上可視為「進入未來的時間旅行」:一個人可利用時間膨脹使自己的時間流逝得比其他地方慢;也就是自己經過較少時間,而其他地方流逝的時間較多。這可以藉由以相對論性速度行進或藉重力的效應實現。
由於相對同時,對於兩個相同且相對於彼此移動而不加速的時鐘,兩個時鐘都會覺得另一個時鐘更慢。但是,如果一個時鐘加速,則對稱性會被破壞,從而導致一個時鐘經過的時間少於另一個時鐘。雙胞胎悖論描述了這一點:一個雙胞胎留在地球上,而另一個雙胞胎在太空加速到相對論速度,最後折返回地球;由於加速期間經歷的時間膨脹,旅行雙胞胎的年齡小於留在地球上的雙胞胎。廣義相對論將加速度的影響和重力的影響視為等效,並表明時間膨脹也發生在重力井中:時鐘在井中處的位置越深,時間過地越慢;校準全球定位系統衛星上的時鐘時必須考慮到這個效應,而且該效應會使處在黑洞等大重力井不同距離處的觀察者老化速率有著顯著差異。
根據這個原理,時間機器可以是直徑5公尺但有木星質量的球殼。位於其中心的人的時間會比遠處的人慢四倍,也就是以四倍的速度向未來前進。不過短時間內,人類還無法發展出將大型行星的質量擠進如此小的結構的技術。現有的技術只能將人類旅人的年齡減緩極小的時間(比起地球上的同伴),目前的紀錄為宇航員謝爾蓋·阿夫傑耶夫,比地球上的人少了20毫秒。
科幻作品和媒體中的時間旅行主題通常可分為三類:不可變時間軸、可變時間軸、互動多世界詮釋中的架空歷史。虛構作品中的時間軸(timeline)通常是指歷史中所有物理事件,因此在可以改變事件的時間旅行中,時間旅人的行為會改變或創造新的時間軸。時間軸在這裡的意思與平常不同,不是說明特定事件系列的圖表。這個概念和相對論所說的世界線不同。世界線指的是整個歷史,將其視為單一物件。