[科普]何謂時間? 為什麼時間只會往前走?

作者：天理何在│2016-02-28 00:43:19│巴幣：49│人氣：1470

「物理定律不在乎時間往哪走」

湯馬斯‧奇金, 2016年2月26號發表於The Conversation

本文由倫敦大學學院的湯馬斯‧奇金(Thomas Kitching)原撰於The Conversation.

想像一下時光倒流。人們變得越來越年輕，在歷經一生的回春後，遺忘他們所知的一切，變成嬰兒。這就是菲利普狄克所寫的科幻小說中的情節。令人驚訝的是，宇宙學家也同樣在探尋時間方向的問題

我們似乎都認為時間的前進是理所當然，物理學家不這麼想：大多數自然定律都能"時間倒轉"，這代表這些定律即使在時間倒著走的時候也能順暢運作。所以為什麼時間總是一去不回? 時間是否都一直是這樣子?

時間有沒有一個開始?

任何與時間有關的宇宙概念，必定是建立於宇宙的演進。當你看向星空時，你看見的是過去的景象以光速傳播而來。
事實上，即使只是隨意一瞥也能幫助我們理解宇宙時間：舉例來說，夜晚的星空是黑暗的。

如果宇宙的過去是無限的，而它本身又存在了無限之久，夜空將會是光亮一片，被宇宙中早已存在許久的亙古恆星所照亮。
有很長一段時間，科學家們，包含愛因斯坦都認為宇宙是靜止而無限的。然後觀察結果卻顯示出了，宇宙正在以加速擴張。這代表其必定有一個開始，也就是大爆炸，暗示著時間確有其源。

當我們看向久遠以前的光，我們能看到大爆炸的遺留物 ─ 宇宙微波背景輻射。
瞭解背景輻射，乃是決定宇宙年齡的第一步。

但有個大問題，愛因斯坦的相對論說明了，時間是相對的：你相對於我移動得越快，你對於時間的感覺就會相對於我的感覺慢。在我們宇宙中持續擴張的銀河系、一直在旋轉的恆星以及一直在繞恆星轉的行星，感受到的時間都有所不同。過去、現在以及未來都是相對性的

所以到底有沒有一個公認的宇宙時間呢?

事實上，宇宙在各處都差不多一樣，而且不管從哪個方向看，看起來也一樣。因此宇宙時間的確是存在的。

為了測量宇宙時間，我們得測量宇宙微波背景的性質。宇宙學家已經知道了宇宙的年齡，宇宙年齡目前為137億9千9百萬年。(誤差值5千9百萬年)

(翻者:維基資料是137億7千2百萬年，還在誤差數值內)

時間箭頭

我們大致上知道了時間起源於大爆炸。但是一個難題仍繚繞於此：如何定義時間?

為了解答這個問題，我們只得一窺時間與空間的基本性質。在空間的維度，你能夠向前向後；通勤人士天天都在經歷的事情。

但是時間卻不大一樣，你只能往前，從來都不能往後。為什麼時間的維度無法倒轉? 這是個物理學還沒解決的主要問題之一。

解釋時間不可倒轉，我們必須在自然界中，從另外一個同樣也不可逆轉的東西下手。

在物理學以及生活中的這個概念就是凡事都傾向於隨著時間演變而變得混亂。這麼一個概念的名字就是熵，決定事物無秩程度的物理性質。

一個裝滿粒子的盒子，一開始所有粒子都聚集在盒子的一角(有序狀態)，粒子隨著時間慢慢擴散到盒中(無秩狀態)。把粒子放回盒中一角需要消耗能源，這項過程是不可逆轉的。

就像打蛋一樣，蛋破之後就不會再回到原本的模樣。

宇宙也是一樣的道理：宇宙演進時，熵也隨之增加。

"這些電子元件可不會自己回復原狀"

說起來，熵能夠合理解釋時間箭頭。宇宙雖看似比之前更有秩序 ─ 從相對性之海中擴散出了高溫氣體，氣體變成了恆星、行星、人類還有討論時間的科學文章─宇宙的混亂狀態仍然有可能在持續增加。這是因為與質量作用的重力將物質結合成看似有序的狀態 ─ 我們認為增加的無序狀態，關鍵可能就在重力場裡頭。無序可能是以一種我們無法發現的方式持續增加。

如果自然真的偏好混亂狀態，為什麼宇宙是從一個有序型態開始發展呢? 這是個神祕問題。某些研究學者說大爆炸搞不好不是一個開始，說不定有平行宇宙的時間是倒著走呢。