时间,在宇宙理论上是个什么概念?

如题所述

第1个回答  2022-07-11
时间,在哲学上,是个哲学问题,在物理学上,包括在宇宙学上,是个物理学问题。

1988年,霍金出版了他的《时间简史》。这本书立即成了名著。就象当初爱恩斯坦发表他的《相对论》受到追捧一样,这本书受到追捧,霍金也以此成了明星理论物理学家。霍金在他的书中,他没有对时间理念解释,他仍然是沿用物理学上传统的时间理念,将时间作为一个物理量,也就是作为物理学上计算上运用到的一个量,对时间应用的分析。他解释的不是时间本身,而是运用时间,解释宇宙。他的宇宙思想,是宇宙大爆炸学说。他对时间的理念,仍然是延续爱因斯坦那代科学家们对时间的理念。爱因斯坦那代科学家们对时间的理念,是将时间作为物理学上的一个物理量,就如把空间作为一个物理量一样,是一个用在计算上的一个量这样的概念。

1905年,爱因斯坦发表了关于运动物质中电磁现象的论文,提出了“狭义相对论”。十年之后,又提出了“广义相对论”。在爱因斯坦的理论中,两个物体间相互作用,并不象牛顿所描述的那样是彼此直接产生引力,而是由每个物体对周围的时空产生影响,它们在时空中造成凹陷或扭曲,一个物体经过另一个物体的旁边路径就会受到扭曲而偏向,这就好像是物质相互吸引一样。他的理论中,有一个“时空”概念。但他是对“时空”量的运用,而不是对“时间”内涵的解释。在他看来,时间是与物质并行的一个量,物质在特定的时间里,是在一个特定的空间上。

牛顿之后,人们认为宇宙在时间上和空间上是无限的,宇宙中的物质是无限的。这样,根据牛顿的万有引力定律,无限多的物质,会有无限大的万有引力。那么,有着无限多物质的宇宙,在万有引力的作用下,迟早会使得宇宙中的全部物质,最后都凝聚到一起。这与现实观察到的宇宙是矛盾的。这是牛顿宇宙学上一个矛盾结点。爱因斯坦认为,可以用非欧几何里的弯曲空间来解决这个问题。古希腊数学家欧几里德建立了一套系统的几何学理论。在他的理论里面,有一个第五公设,也就是平直公设,即任意一个三角形,内角之和都是180°。凡是符合这个欧几里德平直公设的空间,就称为平直空间。后来,到了19世纪初,以德国数学家高斯、匈牙利数学家鲍耶和俄罗斯数学家罗巴切夫斯基为主的一些人认为,除了平直空间之外,没有第五公设的非平直空间,在逻辑上是可能的。在这样的空间中,三角形的内角之和未必是180°。描述这种空间的几何学,就称为非欧几何。爱因斯坦利用非欧几何中的弯曲时空来解决牛顿宇宙学上那个矛盾结点。

1917年,爱因斯坦提出了一个球型宇宙模型,这个模型是一个球面,整体上是一个闭合空间。在爱因斯坦的宇宙模型里,加进了一个“宇宙学常数”,引进斥力这一个数。引力和斥力保持平衡,就维系宇宙空间的永恒静止。爱因斯坦的这一宇宙模型,是一个静态的宇宙。俄国的数学家和物理学家阿历克谢·弗里德曼反对宇宙静态的说法。他认为宇宙存在膨胀和收缩的可能,如果假定空间有最大的对称性,那么,三维空间的几何,只有三种可能,一个是欧几里德空间,也就是平直时空,一种是爱因斯坦模型空间,也就是闭合时空,还有一种,是类似马鞍型的双曲面空间,也就是开放时空。1927年,比利时天文学家勒梅特发表了广义相对论方程的解,指出宇宙是在膨胀,最初起源于一个“原始原子”的爆炸。他提出了一个宇宙模型。勒梅特提出他的这些思想时,他是比利时一所大学的教授,33岁,与弗里德曼没有交集。在宇宙膨胀这一观点上,他们俩是不谋而合。两年后,哈勃发现了哈勃定律,在观测上给了他们宇宙膨胀观点一个支持。

1929年,哈勃发现,大部分星系的光谱所发生的红位移现象中,距离越远的星系红移量越大。这就意味着所有的星系,不仅在远离我们,而且,离得越远的星系,远离的速度也越快。哈勃根据星系光谱的红移数据,计算出星系退行速度与星系的距离的比值,是一个常数。星系退行速度与星系距离的这种正比例关系,就被称为哈勃定律。这一发现,为弗里德曼和勒梅特的膨胀宇宙模型提供了观测依据。为此,爱因斯坦认为自己失败,后悔在他的场方程里引进“宇宙学常数”。

哈勃的观测证实了宇宙膨胀。用观测数据所支持的这种膨胀宇宙,与人们想象的那个无限和永恒的宇宙完全不同。既然宇宙是在膨胀,那么在数学逻辑上,倒推过去,又会发生什么呢?这就好比所有的星系在时空中逆行,它们是越来越靠近。这样,如果不断溯源下去,越早期的宇宙就会越小了,那么,总会有某个时刻,宇宙回缩到不能再回缩的一个状态。在勒梅特那里,这个状态是“原始原子”。因不能再回缩了,这个状态下物质是最致密的。这个时刻点,便是宇宙的起点,也就是宇宙的诞生点。这个就是宇宙大爆炸学说的起源。

基于宇宙膨胀回缩这种推论,从现在,往上溯回,追溯到宇宙起点,这个时间,就为宇宙年龄。当时,哈勃计算,得到的宇宙年龄是约20亿年。但是呢,当时的地质学家根据古老的岩石测出的地球年龄,不少于40亿年。这个证据证明宇宙膨胀说法是错误的。大爆炸学说受到质疑。现在计算宇宙年龄,仍然是哈勃当年的那种计算方法,就是基于光谱,根据红位移数据,按照宇宙膨胀回溯这一思路,计算宇宙年龄。只是仪器要精密了,要测得准了,看得远了。现在得出的数据是约137亿年。

1952年,弗里德曼的学生伽莫夫修改了弗里德曼勒梅特宇宙模型,发展了宇宙大爆炸学说。自此之后,大爆炸学说是宇宙学上的主流思想了。霍金的思想,是延续和发现大爆炸学说。在霍金这里,时间概念得到进一步的深化。他甚至提出“时光机”理念。

从爱因斯坦到霍金,宇宙学这一路发展过来,都是将时间作为一种与物质平行的东西而存在的。是计算上的一个“量”。没有对“时间”概念本身的解释。这种时间概念是物理学性的。

经典答案是:熵的量增加了
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