甚麼是時間?(What is Time?)

時間究竟是甚麼?是真實存在還只是我們幻想出來的東西?這個問題長久以來困擾著人們,包括哲學家和物理學家。如果你問我,我會變做「五毛」/路姆西,借用奧古斯丁的名言回避問題: What then is time? If no one asks me, I know what it is. If I wish to explain it to him who asks, I do not know. 即是如果沒人問起我的話,我是知道的。但如果有人問起並要我解釋的話,我便不知道了。當然請不要真心:O),雖然我不知道答案,但至少我可以講解/討論一下在物理學中我們對時間的概念。

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(The Persistence of Memory, by Salvador Dali)

時間是維度,時空的一部份 (Time is a dimension, part of spacetime)

現實中時間是不存在,只是人想像/訂立出來的?的確我們的時鐘主要是根據我們生活作息的規律以訂立,心理、生理時鐘亦會影響我們對時間流逝速度快慢的判斷。可是時間不只是人的感知,是可以客觀地用物理體系的週期(period)來表明。好像地球自轉/公轉一週的時間,更準確的可用不穩定/帶有輻射性的原子的半衰期(half life)來制定。其實在主流物理學中,從來都是將時間看做其中一個維度(dimension),雖然時間不像空間般可以用肉眼觀察到(當然全能的高登仔除外,好似係)。即使在平常生活,中學接觸到的牛頓力學也是。維度的數目(Number of Dimensions)簡單黎講就是形容一件事或物件最少需要的座標數目。簡單的例子就好像約會,除左說明地點之外還要說明時間。現知我們身處的世界是四維的(4D),時間與空間物理歸納叫做時空(Spacetime)。時間在牛頓力學同相對論既分別只係在於時空的結構(spacetime structure)。

時間是相對的 (Time is relative)

在牛頓力學,時間是絕對的(absolute) 。簡單來說就是時間是獨立存在的,任何人在任何情況下所量度出的時間也是一樣的。因此我們可以客觀地說明一件事情在甚麼時候發生,「同時」(simultaneous)這個概念亦可以明確定義。這些與我們日常生活所感受到的吻合,所以牛頓力學比較容易接受、理解。可是在相對論中,時間是相對的(relative),就像速度在牛頓力學中,不同的觀察者量度出的速度是不一樣的。因為時間是相對,所以「同時」、時間的絕對長短這些概念在相對論中的現實世界不適用。只是大部份人/情況下都沒有如「保特般9.58s的神速」,所以察覺不到時間的相對性。詳細淺易的說明可以看看以下的links:

http://www.sixtysymbols.com/videos/lorentz.htm

http://www.sixtysymbols.com/videos/gamma_reloaded.htm

時間的方向性(arrow of time)

時間同其他維度(dimension)最大的分別在於時間的方向性,即是不像在空間中我們可以自由活動般,我們在時間軸上只可以從過去到未來,這也是哲學、物理學長久以來未能解答的問題。因為大部份物理學既理論都是在逆向時間中對稱不變(time reversal-invariant),即係同一實驗,你用攝影機回播來看其實都沒有違反物理定論,除了熱力學(thermodynamics)和弱核力(weak force)。即使在相對論中,雖則時間是相對,但基於熱力學第二定律(second law of thermodynamics),時空旅行(Time Travel)亦只限於穿越未來。(FF mode on)快過光速(speed of light)就可以回到過去?相對論沒有說明,畢竟相對論的假設就是沒有任何訊息可以以快過光速的速度傳遞。

究竟時空旅行、回到過去是否可行?雖然現在仍沒有確實答案,不過在哲學、物理學界的共識是至少有某些情況邏輯上是不許可的。回到過去或許真的可行,但絕不會如電影《回到未來》般可以任意修改歷史,因為這與因果關係(causality)有矛盾。但某些很怪異的時空旅行如 Robert A. Heinlein的短篇小說《行屍走肉》(All You Zombies),至少邏輯上可行。

(另有興趣可以參考Craig Callender的《Introducing Time》)

最後在聖誕佳節送上(Geeky)聖誕歌一首作結

http://www.youtube.com/watch?v=xNZx5aB11aI

有空再談。

書面語版現刊於立場新聞

https://www.thestandnews.com/cosmos/%E7%94%9A%E9%BA%BC%E6%98%AF%E6%99%82%E9%96%93/

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