想像一下時間向後運行。人們會年輕而不是年齡較大,並且經過漫長的逐漸復興的生活 - 結束了他們所知道的一切 - 他們會以父母眼中的眨眼而結束。那是代表的時間科幻作家菲利普·K·迪克(Philip K Dick)的小說但是,令人驚訝的是,時間的方向也是宇宙學家正在努力解決的問題。
雖然我們認為時間有一個給定的方向,但物理學家沒有:大多數自然定律是“時間可逆的”,這意味著如果時間被定義為向後跑步,它們也會工作。那麼,為什麼時間總是前進呢?它會總是這樣做嗎?
時間有開始嗎?
任何普遍的時間概念最終都必須基於宇宙本身的演變。當您抬頭看宇宙時,您會看到過去發生的事件 - 到達我們需要大量時間才能到達我們。
實際上,即使是最簡單的觀察也可以幫助我們理解宇宙學的時間:例如夜空是黑暗。如果宇宙有一個無限的過去並且在範圍內是無限的,那麼夜空將完全明亮 - 充滿了始終存在的宇宙中無限恆星的光。
長期以來,包括阿爾伯特·愛因斯坦(Albert Einstein)在內的科學家們認為宇宙是靜態和無限的。此後顯示了觀察結果實際上,它正在擴大,並且以加速的速度。這意味著它必須起源於我們稱之為的更緊湊的狀態,暗示時間確實有一個開始。
如果我們尋找足夠大的光,我們甚至可以從大爆炸中看到遺物輻射 - 宇宙微波背景。意識到這是確定宇宙年齡的第一步(見下文)。
但是,愛因斯坦的相對論特殊理論有一個障礙,表明時間是……相對:您相對於我移動的速度越快,相對於我對時間的感知,速度較慢。因此,在我們擴展星系,旋轉的星星和旋轉行星的宇宙中,時間的經歷各不相同:過去,現在和未來的一切都是相對的。
因此,我們有一個普遍的時光 全部 同意?
事實證明,由於宇宙平均到處都是相同的,並且平均而言,每個方向都看起來相同,因此確實存在一個“宇宙時間”。為了衡量它,我們要做的就是測量。宇宙學家用它來確定宇宙的年齡。它的宇宙時代。事實證明,宇宙已有137.99億年的歷史。
時間的箭
因此,我們知道最有可能在大爆炸期間開始的時間。但是仍然存在一個令人討厭的問題:到底是什麼是時間?
要解開這個問題,我們必須查看時空的基本屬性。在空間的維度上,您可以向前和向後移動;通勤者每天都會體驗到這一點。但是時間不同,它有一個方向,您總是向前邁進,永遠不會反向。那麼,為什麼時間的尺寸不可逆?這是物理學中主要未解決的問題之一。
為了解釋為什麼時間本身是不可逆轉的,我們需要在自然界中找到也是不可逆轉的過程。物理學(和生活!)中少數這樣的概念之一是,隨著時間的流逝,事情往往會變得不那麼“整潔”。我們使用一個物理特性稱為熵這編碼有序的東西。
想像一下一盒氣體,其中所有顆粒最初都放在一個角落(一個有序狀態)。隨著時間的流逝,他們自然會尋求填充整個盒子(一個無序狀態) - 將顆粒恢復到有序狀態將需要能量。這是不可逆轉的。這就像打碎雞蛋製成煎蛋 - 一旦散佈並裝滿了煎鍋,它將永遠不會回到蛋形。宇宙是一樣的:隨著它的發展,整體熵的增加。
事實證明,熵是解釋時間箭頭的一種很好的方法。而且,儘管似乎宇宙變得越來越有序而不是更少 - 從相對均勻散佈的熱氣散佈的野生階段到恆星,行星,人類和有關時間的文章,但它可能會增加疾病。
這是因為與大群眾相關的重力可能將物質拉入看似有序的狀態 - 我們認為一定發生的混亂增加被某種程度上隱藏在引力領域。因此,即使我們看不到它,疾病也會增加。
但是,鑑於大自然傾向於偏愛混亂,為什麼宇宙首先以如此有序的狀態開始?這仍然被認為是一個謎。一些研究人員認為,大爆炸甚至可能沒有開始,實際上可能是'平行宇宙的時間在不同方向上運行。
會結束嗎?
時間有一個開始,但是是否有終點取決於暗能量這導致它以加速速率擴展。這種擴張的速度最終可能會使宇宙拆散,從而迫使它以大裂口結束。或者可能會衰變,扭轉大爆炸,並以大脆弱的形式結束宇宙。否則宇宙可能只是永遠擴展。
但是這些未來的場景都會終止時間嗎?好吧,根據量子力學的奇怪規則,微小的隨機粒子可以暫時從真空中彈出 - 在粒子物理實驗中不斷看到。一些人認為暗能可能會引起這種“量子波動”引起新的大爆炸,結束我們的時間線並開始新的時間線。
雖然這是極其投機性的,而且極不可能,但我們所知道的是,只有當我們了解黑能我們會知道宇宙的命運嗎?
那麼最可能的結果是什麼?只有時間會證明。