本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点
去年,在首届 火焰挑战赛, 艾伦·阿尔达和石溪大学传播科学中心挑战科学家向 11 岁儿童解释火焰是什么。今年,主题是时间。特别是,我们被指示以 11 岁儿童能够理解、感兴趣甚至觉得有趣的方式回答问题——“什么是时间?”。书面参赛作品有 300 字的字数限制。这是我的投稿。
在某些方面,时间是一个方向。某些过程只能朝一个方向进行。你可以将巧克力糖浆搅拌到牛奶中,但是一旦它们混合在一起,无论搅拌多少次,也无法将糖浆从牛奶中分离出来。
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自然界的一条基本定律是熵——系统中无序的程度——随时间增加。一杯牛奶巧克力,牛奶和巧克力颗粒混杂在一起,比一杯牛奶放在一勺巧克力糖浆旁边更无序。用更专业的语言来说,将糖浆搅拌到牛奶中增加了系统的熵。未来是熵增加的方向,过去是熵减少的方向。
这种时间概念有一个很大的局限性:它可以说我在做牛奶巧克力之前吃了西兰花,但它无法说明是五分钟前还是三年前。
从物理学的角度来看,确定两个事件之间流逝的时间量不仅仅是找到一个好的秒表的问题。爱因斯坦的相对论表明,我们许多关于时间的本能概念是错误的。时间不是一个普遍的度量标准。相反,观察者相对于事件的速度相对速度会影响似乎流逝的时间量。
我们人类通常不会以相对于我们观察到的事件而言的快速移动,因此这些效应对我们来说是无法察觉的。但是,如果你以接近光速(约每小时 6.7 亿英里)的速度飞过我的窗户,你就会看到我慢动作地制作牛奶巧克力。
相对论意味着我们可以制造时钟来测量地球上和地球附近发生的事件之间的时间,但这些时钟是基于我们,而不是宇宙的基本属性。
在写完这篇文章后,我意识到我把它安排在了大多数美国人切换到夏令时的那一天。相对论未能解决我们在三月第二个星期日的凌晨 1:59 到凌晨 3:00 之间的一分钟内经历的时空不连续性。