《时间真的存在吗？宇宙最大谜团之一，你知道多少？》

到现在，时间都没有一个准确的定义。物理学界普遍觉得，时间是一种客观存在，是宇宙的一个组成部分。按照大爆炸模型，139 亿年前宇宙大爆炸，产生了空间和时间，我们就生活在这个时空里。

一直以来，人们都认为从大爆炸开始，宇宙就按照一个固定的时间在流动，没人能改变它。在日常生活中，我们经常听到 “快点快点，时间来不及了”“啊，我好忙，时间都不够用了” 这样的话，还有像《庄子・知北游》中 “人生天地之间；若白驹之过隙；忽然而已” 对时光流逝的描述。

那么时间到底是什么呢？是太阳的升落变化，还是钟表秒针的运动呢？一般人会觉得时间很简单、很基础，均匀流逝，从过去到未来，还能用钟表测量。但要是有人说我们认识的时间概念不存在，只是人的幻觉，你会信吗？

牛顿的绝对时间

牛顿是现代自然科学的奠基人之一，被尊称为 “近代科学之父”。他认为存在无论如何都会流逝的 “真实的” 时间，它独立于事物及其变化，就算所有物体不动，甚至灵魂活动凝滞，这种时间也会流逝，不受影响。

牛顿在物理方程式中用字母 t 表示时间，他假设时间 t 是独立于事物、实实在在存在且均匀线性流逝的实体。几个世纪以来，在以牛顿模型为基础发展的现代物理学中，科学家用各种物理公式描述世界，这些公式都包含 t。

虽然很多人把 “时间是独立的，均匀地” 当成常识，但对人类来说，这不是自古就有的自然直觉。实际上，很多哲学家不认可牛顿的观点，德国著名哲学家、数学家莱布尼茨就很反对牛顿的时间观。据说，他原本名字是 Leibnitz，中间有个 t，为了表示不相信牛顿的绝对时间 t，他把 t 从名字中去掉了，后来就成了 Leibniz。

爱因斯坦：时间是幻觉

200 年后，也就是 100 年前，爱因斯坦提出了相对论，彻底颠覆了我们对时间的常识。爱因斯坦说 “时间只是幻觉”，“过去、现在和未来之间的区别只是一种错觉，尽管是一种持久的错觉”，时间的流淌速度可以改变，可快可慢。

这怎么理解呢？先来说一个让很多物理学家困惑的谜团：光速不变。我们一般知道速度是相对的，比如一个人在每秒 50 米的火车上，火车上有个皮球以每秒 3 米的速度滚动，在这个人眼中皮球速度是每秒 3 米，在月台上的人眼中皮球速度是每秒 53 米。很多人以为光速也是这样，但 1887 年美国物理学家迈克耳孙和莫雷的实验结果出乎意料。

这个被后人称为迈克尔逊 – 莫雷实验的结果是，不论地球运动方向同光射出方向一致或相反，测算出的光速都相同，也就是光速不变。按照这个结论，如果把火车例子中的皮球换成光子球，火车上和月台上的人看到光子球都是以每秒 3 米的速度运动。这个实验做了几十年，环境和条件变了很多次，结论都一样。

爱因斯坦认为不存在绝对的时间和空间，他提出 “时空统一” 理论，即时间与空间是一体的，叫时空。不能光说时间如何或者空间如何，而应该说时空如何。物理学家把构成世界物质实在的物质叫做场，时空就是引力场。引力场和其他物质一样都是场，世界是多个场的叠加，引力场只是其中一层。它既不是绝对的，也不是均匀的、固定的，会弯曲、伸展，还会和其他场相互作用。引力场（时空）可以像平面一样平滑（牛顿描述的版本），也可以波动起伏（如引力波，会收缩与膨胀）。

这样光速不变的谜团就解决了，光速不变是因为时间在变。那么时间的变化有什么规律呢？爱因斯坦认为时间与空间不是绝对的，只是相对存在，他提出了一个四维的概念，说宇宙是由时间和空间构成的。时空的关系是在空间的架构上，比普通三维空间的长、宽、高三条轴外，又加了一条时间轴，这条时间轴是一条虚数值的轴。

通俗地理解，物质在空间中运动才有时间，如果没有空间和物质，就没有宇宙，更没有时间。他还提出物质的质量产生的重力场，会造成时空结构的扭曲，并且在大质量附近的时钟、时间流逝速度比在距离较远的时钟时间要慢。由于我们在地球上感觉时间很慢，所以不明显感觉到四维空间的存在，但登上宇宙飞船或到宇宙中，使所在参照系的速度变快或接近光速时，就能对比找到时间的变化。如果在接近光速的飞船里航行，生命会比在地球上的人长很多，就像电影《星际穿越》中，几个人到黑洞边缘的行星上，待了不到一天，地球上却过去了 23 年。从物理角度讲，时间只是一种尺度，用于标量事件发生的过去、现在以及未来的序列。

原子钟实验

1971 年，两位较真的科学家约瑟夫・哈菲尔和理查德・基廷用铯原子钟做了一个实验。原子钟很准确，据说德国人制作的原子钟在 1 亿 8 千 7 百万年内误差仅为 1.7 乘以 10 的负 16 次方，不到一秒。他们把两个原子钟放在两架分别向东和向西飞的飞机上，并和美国海军天文台的原子钟对比。一个向东一个向西是为了让顺地球自转方向的飞机有更快的相对速度，逆地球自转方向的飞机相对速度慢，这样两架飞机速度差距大，实验结果差别更明显。

按照爱因斯坦的广义相对论，引力场弱的地方时间会变快，狭义相对论中速度快的物体时间会变慢。飞机上的原子钟处于高空高速，天文台的原子钟在地面静止，所以两个相对论的因素都要考虑。实验结果是，往东飞行的飞机上的原子钟比地面上的慢了 59 纳秒，往西飞行的飞机上的原子钟比地面上的快了 273 纳秒，爱因斯坦的广义相对论和狭义相对论同时得到验证。

在我们的现实生活中，卫星定位系统每天都要根据相对论进行时钟校对，否则卫星上的原子钟每天会比地面快 38 微秒。如果不考虑定位系统要求纳秒级的时间精度，可能觉得不多，但 38 微秒等于 38，000 纳秒，如果不校正，卫星定位系统每天将累积大约 10 公里的定位误差。

NASA 双胞胎实验

2015 年，美国宇航局 NASA 做了一项特别的生命探索实验。找来了一对双胞胎宇航员斯科特・凯利和他的哥哥马克・凯利，他们是同卵双胞胎，有相同的基因组。NASA 把斯科特送上太空，马克留在地球上。斯科特在国际空间站待了 340 天回来后，对比两人基因的变化，研究太空生活对人体的影响。

根据 NASA 公布的照片，在太空高速环绕地球飞行环境下生活的斯科特看上去更年轻一点，但因为没有公布实验前的照片，不确定他是不是原本就更年轻。不过 NASA 的研究结果证明斯科特确实比马克衰老得慢一些。原来在做基因检测时发现，斯科特在太空时身体衰老速度明显减慢，是因为位于染色体末端的端粒缩短速度变慢。端粒是细胞染色体末端的一小段 DNA，作用是避免染色体受损。随着人年龄增长，端粒会变短，细胞会逐渐老化进而死亡。在这次双胞胎太空实验中，太空中的斯科特端粒缩短速度变慢，地球上的马克端粒以正常速度衰老。当凯利回到地球后，他的端粒很快恢复至正常的缩短速度。古人说的 “天上方一日，地上已千年” 还真有道理，祖先的智慧不容小觑。

块宇宙

2015 年，麻省理工学院哲学教授布拉德福・史高基于爱因斯坦的相对论提出了 “块宇宙” 理论。该理论认为，既然按照爱因斯坦的 “时空统一” 理论，时间和空间不可分割，是 1 维时间加 3 维空间，那么在其中发生的所有事情都会在时空中有自己的坐标。

块宇宙是绝对静止的，在四维时空中静止，没有时间流逝，没有斗转星移，世界就是静止的一块。在时间轴上，每一个时间点对应一个三维空间在那一瞬间的影像，整个 “块宇宙” 由无数个这样的三维空间影像构成。从这个理论中跳出来看 “块宇宙”，就像看电影一样，可以选择任何时间点观看当时发生的事。既然电影有播放键，“块宇宙” 也应该有个类似的东西让我们感受到时间不可逆的流逝。麻省理工学院物理学家和哲学家马克斯・泰格马克，以及英国物理学家朱利安・巴伯认为，这个开关就是我们的大脑，时间流逝是大脑给我们的错觉。大脑的神经元结构让我们对过去有记忆，但不知道未来会发生什么，所以记忆让人们产生了时间流逝的概念，让我们以为一切都是从过去到现在再到未来的。

根据广义相对论，处于强引力场的物体时间流逝比弱引力场的要慢，比如站在地上的人，头部时间的流逝比脚部要快，因为头离地远，引力场弱一些。所以网上说时常倒立可以美容美颜，从科学角度看是有依据的。

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