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刘尚希:开发性PPP模式推动形成财政和经济良性循环

時間: 2019年07月08日 | 作者: Frank Wilczek | 來源: 環球科學(huanqiukexue.com)
雖然時鐘千差萬別,它們給出的時間卻是一致的。我們很容易把這個事實當成理所當然,但其實它是非常不可思議的。


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第十八回 | 測量定義時間



撰文 | 弗蘭克?維爾切克(Frank Wilczek)

翻譯 | 胡風?梁丁當



在歷史的長河中,人類大部分時候都是利用太陽和月亮來計時的。地球自轉一周構成我們的“一天”,繞著太陽公轉一圈便是我們的“一年”,而地球和月球的華爾茲則給了我們 “月”的概念。日晷利用物體在陽光下的投影來測定時辰,但它也有明顯的缺陷,比如陰天多雲的時候,它就不管用了。

 

對于更短的時間,人們在數個世紀中都是用沙漏和水鐘來計量的,但它們的精確度容易受到溫度和濕度變化,以及振動的影響。到了中世紀,機械鐘出現了,它由擺錘與精巧的齒輪系統構成,代表了當時的技術巔峰。到了20世紀初,這些基于擺錘和彈簧的時鐘進一步演變成各種做工精妙的鐘表,但它們仍然擺脫不了摩擦的影響。摩擦會妨礙鐘擺移動,還會導致零件損耗。


而對電磁場和物質的更深入理解,讓人們能夠制造更精準的時鐘。電子的流動取代了流沙或滴水,電磁場取代了齒輪,微小的石英取代了彈簧。目前最先進的時鐘利用原子或分子的振動來測量時間。最精確的原子鐘即便經過了相當于宇宙年齡那麼長的時間,誤差都不會超過1秒。


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當今這些精通量子力學的鐘表匠還在追尋著更高的計時精度。比如,原子核的振動比原子整體的振動更快,因此有可能利用原子核的振動來計時,制造出比原子鐘更準的原子核鐘。精度更高的時鐘可以幫助物理學家判斷時間在根本上到底是連續的,還是由某種尚未探測到的離散單元組成的。更精密的時鐘有著廣泛的用途,比如開發更好的GPS系統,或是探測引力波。

 

雖然這些時鐘千差萬別,它們給出的時間卻是一致的。我們很容易把這個事實當成理所當然,但其實它是非常不可思議的。人的情緒不同時,感受到的時間流逝速度也不同,可能是白駒過隙,也可能是度日如年。但事實上時間在極為嚴格地均勻流動,這是一個現實世界的客觀性質,不受人主觀意識的影響。

 

盡管我們對時間的測量越來越精確,但我們依然不理解時間的本質。在古羅馬神學家、哲學家奧古斯丁(Augustine)的名著《懺悔錄》(Confessions,撰寫于397-398年)的第11章中,我們可以找到一段關于時間的最佳哲學討論。奧古斯丁是一位基督教主教,一位信徒問了他一個讓人頭疼的問題︰“上帝創造世界之前在做什麼?” 奧古斯丁曾考慮過類似這樣的回答︰上帝在為那些窺探天機的人準備地獄。然而他最終決定認真對待這個問題,並觸及了它的根源。

 

奧古斯丁指出,每當我們使用“以前”或者“以後”這樣的術語時,我們都在談論時間,可它的本質卻似乎很神秘︰“時間是什麼?如果沒人問我,我知道,可如果我試圖去解釋它,卻又做不到。”但是奧古斯丁發現了一個道理,其中蘊含了後來相對論和量子理論的一個核心思想︰如果要理解一樣事物,你就必須考慮它是如何測量的。正如他所說︰“如果我們不能測量,那它就什麼都不是。”

 

按照這個邏輯,奧古斯丁關于“什麼是時間”這個問題的答案很簡單︰“時間就是時鐘所測量的東西。”根據這樣的理解,那個信徒的問題就解決了︰因為在上帝創世之前沒有時鐘,所以就沒有時間。在當今物理宇宙學中,類似的問題依然存在,比如“大爆炸之前發生了什麼?”也許奧古斯丁的回答仍然是我們能給出的最好答案︰在無法測量時間的背景下討論什麼是“以前”,是毫無意義的。