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时间箭头是什么(时间右边的箭头)

放大字体  缩小字体 发布日期:2024-10-25 00:25:37  作者:醉蓝  浏览次数:849
核心提示:列车时刻表中的小箭头什么意思?列车时刻表中,在时间栏内的小箭头,是指本次列车该车从此站通过时不停车,或者是虽停靠却不办理客

列车时刻表中的小箭头什么意思?

列车时刻表中,在时间栏内的小箭头,是指本次列车该车从此站通过时不停车,或者是虽停靠却不办理客运业务。用"="号表示的,指的是本次列车不经过该站。

简介

列车时刻表( timetable )是表达列车在铁路车站的到达、出发或通过时刻以及在停车站的停车时间的表格,其编制以列车运行图为依据,是运行图的表格化,按使用对象和使用场合的不同,有多种形式,如供旅客使用或供铁路职工使用的;供手头翻阅用或供张贴公告用的等,有些时刻表还标出各站间的里程。

《时间简史》:对时间、宇宙、科学和哲学的思考

《时间简史》,以前在大学里读的时候,囫囵吞枣,不求甚解。这次重读,倒是惊喜地读出了些科普之外的东西来。

这本书的定位,是科学的基础入门级读物,没有学术性的演绎和推理,也没有公式和方程。书中使用了大量日常生活的类比,解释学术名词和最基本的概念常识。可以看出,霍金为了使这本科普读物通俗易懂,为普通读者们费了很大的心思。

我们为什么要学习科学?为什么要看科幻小说?有一种说法:仰望星空,是人类进步的源动力。换言之,人类社会的认知能力、科技水平的提高,乃至整体物种的进化,需要通过对未知的宇宙的探索来实现。

对我们读者来说,阅读科学作品的意义,上升不到全人类这样的高度,但至少,可以让我们意识到自己的浅薄,以便收起我们的傲慢。正如大刘在《三体》里的那句名言:“弱小和无知不是生存的障碍,傲慢才是。”

众所周知,相对论改变了时间的绝对性。时间的流逝速度不再是一把恒定的标尺,每个人都有属于自己的时钟。广义相对论预言,时间会受到质量的影响,比如在地球这样的大质量物体附近,时间会流逝得慢一些,因为光能量和频率的关系是:能量越大,则频率越高。因此,我们在买房时如果选择一楼的话,可能会比顶楼的邻居活得更“久”那么一点点。

同时,时间和空间组成的时空并不只是静止的背景图,时空中的物体运动时,会影响时间和空间的曲率;而时空的结构,又会反过来影响物体运动的方式。

本书中对于时间这个话题最有趣的讨论,要数“时间箭头”。

时间一直向“前”流逝,是我们生活的惯性。可是为什么时间的方向一直是向“前”的?是否存在时间向“后”的可能性?

刘慈欣写过一则短篇:《坍缩》。背景设定:宇宙目前正在进行的膨胀,是有极限的。当越过那个极限点,引力大于斥力时,宇宙开始收缩。同时,时间开始“反向”流逝,人们会从坟墓里爬过来,由老年状态开始一生,一直“成长”为婴儿,回到娘胎中结束自己的一生。

当时并不太理解,为什么当宇宙开始收缩时,时间也会转向,时间不应该是一直往前的吗?时间的方向怎么会由宇宙的膨胀或收缩来决定呢?

霍金在这本书里很好地回答了我的问题。如果把时间的方向称为“时间箭头”,一共有三种,一是热力学时间箭头,在这个时间方向上,无序度(熵)增加;二是心理学时间箭头,是人类感觉到的时间流逝的方向;三是宇宙学时间箭头,在这个时间方向上宇宙在膨胀,而不是收缩。

首先,霍金论证了:心理学时间箭头,是由热力学时间箭头决定的。也就是说,我们所感知的时间的“前”方,是一个“越来越混乱”的世界。比如杯子砸到地上碎了,买的新衣服越穿越旧了,吃进肚子的食物变成屎了……所以当你发现你的生活变得一团糟时,不要沮丧失望,其实这就是宇宙所设定的时间的方向——更糟的还在后面呢。

再来,为什么宇宙学时间方向也相同呢?如果宇宙的膨胀有终点,那势必宇宙会有开始收缩的那一天。彼时的时间箭头将反向。对此,霍金的解释是,宇宙并非像相对论所预示的那样,有开端和终结的奇点。“时间和空间可能会共同形成一个在尺度上有限却没有任何边界或边缘的面”,在这样的无边界条件下,即使宇宙开始收缩,其无序度也会继续增加,因此,热力学和心理学时间箭头不会反向。

从人自身的角度出发,以前以为智慧型生物,作为“低熵者”,让混乱变得有序,是熵减的。霍金告诉我们,人类为了生存下去,把食物转化为热量这个过程,本身就是熵增的。其它那些让世界变得有序的事情,从无序到有序的熵减,小于在其过程中消耗的能量增加的无序度所导致的熵增。因此,智慧生物只能生存在熵增方向的时间箭头里,所以我们观察到热力学和宇宙学的时间箭头是一致的。

脑子转的快的读者可能意识到了,以上这段的逻辑,相当于“因为人类只能在这样的宇宙中生存,所以宇宙是这个样子的。”人类存在竟然成了宇宙现状的前提?天啊,多自大的人,才敢说出这样的话?

当我读到“人存原理”时,第一感正是如此。我几乎不敢相信,这是顶尖科学家霍金所表达的观点。

“人存原理”不仅用来解释时间箭头,还被用来解释整个宇宙:

宇宙为什么在膨胀?宇宙为什么往任何方向看都是一样的?宇宙为什么会以大爆炸的形式开始?甚至,宇宙为什么存在?这些问题,竟然连科学家都会用“人存理论”来野蛮粗暴地回答。

不仅如此,在讨论宇宙的起源时,“上帝”也是一个绕不过去的词。

比如,假设大爆炸模型是正确的,则需要仔细选择宇宙的初始态。所以,除非上帝有意创造我们这样的智慧生物,否则很难解释,为何宇宙只用这种方式开始。

比如,如果上帝使宇宙以这种不能理解的方式开始,为何上帝又选择让它按照可以被我们理解的定律去演化?

再比如,科学定律并没有告诉我们,宇宙在爆炸的那个点到底发生了什么,上帝依然需要承担卷紧发条的职责,并选择如何去启动这个模式——只要宇宙存在一个开端,我们就需要设想存在一个上帝。

牛顿晚年时,信奉上帝,很多人无法理解,为什么代表先进理念和技术的科学家,会和落后愚昧的宗教扯上关系。其实,无法理解的人们,并没有意识到,科学研究到了深处时的发现或障碍,反而让科学家们不得不相信上帝存在的可能性。

霍金在支持大爆炸理论之后,又推翻了这个观点。在他看来,宇宙有一种新的可能的行为,即在前文中已经提到过的:时空有可能在范围上是有限的,却没有形成边界或边缘的奇点。就像地球一样,没有边界,也没有边缘。因此,宇宙并不一定有开端和终结的奇点。这样的话,脱离了开端和终结宇宙,其存在就是存在本身。宇宙的存在,似乎就可以脱离上帝的设定。当真如此吗?霍金并没有给出答案。

科学的目的是什么?科学的终极目的,是提供描述整个宇宙的单一的理论。

科学理论是什么?霍金的观点非常朴素:

总结来说,科学的两大特征,是和我们平时的常识相悖的。

一是“可证伪”。意思是,任何物理理论都是临时性的,是永远不可能被证明的。不管过去多少次的实验结果和某个理论相一致,也永远不可能断定下一次结果不会与它矛盾。只要找到一次和理论预言不一致的观测事实,就可以证伪。

二是“实用性”。我们都知道相对论推翻了牛顿理论,但由于牛顿理论和相对论的预言之间差异非常小,所以为了实用的目的,我们仍然会用牛顿理论。

我们从这两个特点中,可以看出科学并没有想象中那么高高在上。科学也不一定就具有“真相洁癖”。归根到底,科学理论只是一个“暂时没有被证伪的实用性理论”,而已。

但是,科学的局限性,并不代表着“不可知论”和“科学无用论”,民科更无须欢呼雀跃。科学在任何角度都不可能和民科这类旁门左道相提并论。

科学理论,必须能准确地描述大量的观测结果。并且,能对未来观测的结果作出明确的预言。如果理论在数学上是协调的,并总能给出与观察一直的预言,我们便可以 适度 地相信这个理论的正确性。这,便是科学和民科的本质区别。因此,人类的生活和进步,都离不开科学。

之所以连科学都无法成为纯粹的真理,局限性主要在两点,一是量子力学的不确定性,对预言能力的限制;二是在数学工具上,人类也仍未具备解出理论所需要的方程的能力。比如三体运动,看似如此简单的模型,都只能有特定解,要用方程描述宇宙中无数颗星球之间运动,岂不是天方夜谭?

当霍金在书中提到“我们现在也许已经接近探索自然终极定律的尾声”时,我真心地感觉,这话说得太乐观了一点。

除了绕不过的上帝外,我在阅读中的感受,是科学和哲学存在着千丝万缕的关系。

首先是人类求知的最深切的意愿,驱使着我们取思考这些问题:我们为何在此?我们从何而来?宇宙的本质是什么?我们在其中的位置如何?宇宙为何是这个样子?

这不仅是科学试图回答的问题,哲学和宗教也是如此。探索方式各不相同,目标却是殊途同归。

其次,量子力学的出现,在某种程度上,模糊了科学和哲学的界限。科学基于数学的推导和观测的验证,应用于对未来的预测。当量子力学把非预见性和随机性的不可避免因素引进科学后,不管是观测,还是预测,都受到了严重的影响。量子的观察者和坍缩态、薛定谔的猫、波粒二象性,在传统的科学理念中简直是不可想象的,类似于所谓“伪科学”的唯心主义。以波粒二象性为例,为了某些目的,需要将粒子考虑成波,才是有用的,而为了其它目的,则需要把波考虑成粒子——“严谨”的科学,怎么可以如此随意,类似儿戏?再比如,从量子理论和热力学定律推导出,粒子是可以从黑洞之外的“空虚”的空间中来的——“无中生有”,感觉是不是很神棍?

霍金是一个富有哲学思辨能力的科学家。他问到:

这样的问题,已经超越了科学的范畴,而不得不到哲学领域里来找答案了。

霍金在论证宇宙的“无边界”性时,引入了“虚时间”的概念,简单但不准确地说,是时间具有“虚数”的数值。在实时间里,宇宙具有开端和终结的奇点,而虚时间里,奇点不存在。因此霍金推论,很可能“虚时间”才是真正的更本质的时间的概念,而“实时间”反而是我们所臆造的,仅仅是为了让我们更容易描述宇宙的模样而已。

这和哲学中一直讨论的本质、本体的问题,在以观测为基础的科学中,同样找不到答案。

20世纪以后,哲学的发展陷入了停滞的境界,甚至已经被宣布终结。而科学一骑绝尘,除了少数人之外,变得过于专业性和数学化。一边是研究的结果不断指向和哲学殊途同归的方向,一边是科学家和哲学家在身份上的泾渭分明。

康德曾说过:这世间有两样东西让我们越思考越是迷惑,一是我们头顶的星空,一是心中的道德律。

我预感,未来解开迷惑的希望,将会在那些同时具备数学能力和哲学思想的人类顶尖智者们身上。

苹果xsmax时间旁边一个箭头标志是什么

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时间箭头是什么(时间右边的箭头) 第1张

为什么时间的箭头总是指向未来?

科学无国界

我们是知识的搬运工

福利时间

今天我们将送出三本由图灵新知提供的优质科普书籍《时间旅行简史》。

可以说,这是一个穿越横行的时代。层出不穷的穿越题材的小说、动漫、影视剧,引发了人们的持续关注,也激起了人们的无尽想象。并且不只是穿越回到过去,在另一个方向上,我们也可以一跃进入未来,想象出或昌明或晦暗的前景。那么为什么我们会被时间旅行的概念所深深吸引?它从何而来,又经过了怎样的发展演变?

成功地在信息时代为信息作传(《信息简史》)后,詹姆斯格雷克再次将在一个穿越横行的时代为时间旅行作传。通过追溯这个概念的起源、它在文学和科学中的演化,以及它对我们对于时间本身理解的影响,《时间旅行简史》将带领我们踏上一段极富启迪的追寻“时间旅行”的时间之旅。

如何才能得到这本《时间旅行简史》呢?参与的方式非常简单!只要你认真阅读下面的这篇文章,思考文末提出的问题,严格按照[互动:你的答案]的格式在评论区留言,就有机会获得奖品!(PS:格式不符合要求者无效)截止到本周四中午12点,点赞数前三名的朋友将获得一本《时间旅行简史》。

【互动问答示例】

互动:这里就可以自由发挥你的答案啦~

作者:Ethan Siegel

翻译:山寺小沙弥

审校:yangfz

我们发现,无论是从过去到现在,还是从现在到未来,时间都只朝着一个方向流逝。在任何时刻,时间的脚步都不会停滞不前或是向后倒退,“时间的箭头”总是朝向未来。但如果我们认真审视物理定律,我们会发现,无论从牛顿到爱因斯坦,还是从麦克斯韦到玻尔,抑或是从狄拉克到费曼,他们提出的物理定律似乎是关于时间对称的。换句话说,用来描述现实的方程貌似并不待见时间流逝的方式。正如我们所理解的那样,物理定律得到的关于某个系统的解,对于时间是从过去流向未来还是从未来流向过去都是有效的。但是由现实生活中的经验,我们知道时间只有一种流动方式,那就是一直向前。我们不禁要问,时间的箭头是从哪里来的呢?

抛出去的篮球有过去和未来的轨迹,这是由物理定律决定的,然而对我们来说,之间只能向前流逝。

来源:Wikimedia commons users MichaelMaggs and (edited by) Richard Bartz

许多人认为,时间之箭和熵之箭可能存在着联系。虽然很多人将“无序”与熵等同起来,但其实这是一种偷懒的描述方式,而且也不是特别准确。相反,应该把熵看作有多少热能可以转化成有用的机械功的度量。如果你有很多能量可以用来做功,那么这就是一个低熵系统;如果这样的能量很少,那么这就是一个高熵系统。热力学第二定律是物理学中非常重要的一个定律,它指出,闭合系统的熵只能随着时间增加或者保持不变。换句话说,随着时间的增加,整个宇宙的熵必须增加。这是物理学中唯一一个有时间倾向的定律。

Clarissa Sorensen-Unruh在讲解熵的概念。

来源:C.Sorensen-Unruh, Youtube

那么,这是否意味着,我们之所以会有这样的时间体验,是由于它受制于热力学第二定律?换句话说,时间的箭头和熵之间是否存在着深层的联系呢?一些物理学家确实是这么认为的,这当然是一种可能性。Youtube上的《分钟物理》和物理学家Sean Carroll合作拍摄了一个视频,他们尝试回答为什么时间不会倒流。不出所料,他们的答案直指熵。

诚然,在很多情况下,熵的确可以解释为什么时间不能倒流,例如,牛奶和咖啡混合在一起就不能分开,炒鸡蛋再也无法回到未煮熟时蛋黄蛋清分开的样子。在这些情况里,随着时间的推移,最初的低熵系统(包含更多可以做功的能量)已经变成了高熵系统(只有少量可以做功的能量)。其实,在自然界中还有很多类似的例子,如,在一个充满着某种分子的房间里,房间的其中一边是温度低、运动慢的分子,而另一边则是温度高、快速移动的分子,只要有充足的时间,房间里就会混合成能量处于两者之间的分子,这就代表着整个系统熵的增加以及在这段时间里发生的过程的不可逆性。

左边是某个系统的初始状态,右边是经过一段时间后系统所处的状态。

来源:Wikimedia Commons users Htkym and Dhollm

然而,它也并不是完全不可逆的。很多人都忘了热力学第二定律只涉及封闭系统的熵,换句话说,这个系统必须不与外界发生能量和物质的交换。然而,19世纪70年代,伟大的物理学家詹姆斯克拉克麦克斯韦假想了一个实验:一个绝热容器被等分为两部分,中间是由一只小妖精控制着的门,这个妖精可以通过控制这个门,可以让运动较慢的分子和运动较慢的分子分居在容器的两部分。这就是著名的“麦克斯韦妖”,它可以让你减少系统的熵。

“麦克斯韦妖”的示意图。

来源:Wikimedia Commons user Htkym

当然,你不能说“麦克斯韦妖”是违背热力学第二定律的,因为这个妖需要花费相当大的能量才能使粒子分离。这个系统在这个小妖精的影响下,其实已经不是一个封闭系统了。如果把小妖精也考虑进去,形成一个封闭系统,这时候你会发现整个系统的熵随着时间的推移还是增加的。但这里有个很巧妙的地方:如果你就住在这个容器里,同时你也无法察觉到这只小妖精的存在——换句话说,就算你住在宇宙中某个地方,并观察到这个地方的熵随着时间的推移在逐渐变小——时间依然会向前流逝,热力学中的时间箭头并不能决定我们感知时间的流逝方向。

无论我们如何改变我们所处宇宙的熵,时间还是一秒一秒的向前流逝着。

时间不仅具有方向性,而且所有方向都朝前,原因为何?

何为时间?物理学家牛顿对于时间的看法是直观的,时间在三维空间中均匀流逝,直到永远。在大自然虚构的时钟里,组成枯燥一天的时间无时无刻不在流动,同样,宇宙大爆炸以来的每分每秒都在流逝。

我们曾认为,时间是一种绝对的、永远不会犯错的宇宙节拍器,为每一个事件留下印记。

然而,这可是错的!

爱因斯坦(Albert Einstein)的相对论展现给我们的事实是:时间是与空间相关的运动和运动变化的度量。一维的时间与三维空间交织在一个四维时空中。当你飞得越快,你的时钟流逝得就越慢。同时,空间弯曲得越厉害(引力场越强),时钟就走得越慢。

虽然物理学定律对过去和未来是没有区别的,但日常生活中的时间在朝前与向后两个方向之间却有着很大区别。设想有一杯水从桌子上掉落,并在地面上摔成碎片。如把此场景拍摄成一段视频,则很容易区分其过程是向前还是朝后。

假如把视频倒过来播放,我们会看到玻璃碎片突然自行聚合且从地面跃起,这些碎片再次组成一只完整的杯子并回到桌上。我们可以判断这是在倒退播放,因为日常生活中绝不可能观察到这类行为。要是真的出现这场景,玻璃厂商将会倒闭,说明时间流逝具有单一方向且不可逆。

物理学家霍金(Stephen Hawking)曾于1988年4月在加州大学伯克利的一场“时间方向”(The Direction of Time)讲演中认为,时间的方向至少存在三类不同的时间箭头。

第一类,热力学时间箭头

为什么看不到杯子碎片复原后回到桌子上,通常给出的解释就是热力学第二定律(The Second Law of Thermodynamics)不容许出现这类事件。

该定律告诉我们,事件的无序状态的数目要比有序状态数目多的多,而且无序程度(熵)表现出随时间而增大。换言之,这也是著名墨菲定律(Murphy's Law)的内涵——事物总是朝更坏的方向(无序程度增大)发展。例如,处于有序状态的玻璃杯,打碎成了无序的玻璃碎片,但反其道行之则做不到。

无序程度,或者说熵,随时间而增大,是所谓时间箭头的一个例子,此类概念给时间一种朝前的方向,将过去与未来区分开来。

第二类,心理学时间箭头

我们对时间方向的主观感觉,即心理学时间箭头,使我们感觉到时间在不断流逝,但对未来并无所知。本质上心理学时间箭头也是由热力学箭头确定的,只是加入了人们既往的心理体验和逻辑认知。

生活中,我们只能沿着无序程度增大的方向度量时间才有意义。例如,小孩都知道,泼向地面的水再也无法回到水杯内,覆水难收。再如花苞的开放到凋谢的过程,婴儿的成长直到衰老的过程等场景。

第三类,宇宙学箭头

宇宙大爆炸起始于138亿年前的那个质量及能量极度有序的奇点,随着时间的推移能量迅速释放,奇点变成膨胀中的宇宙质能的无序状态,并越来越无序。这与热力学箭头所指方向也是一致的,所谓熵增的过程其实就是宇宙成长的过程。

沿着这一时间方向,宇宙将永远膨胀下去,而不是取相反方向,即宇宙不会收缩。自然界中普遍存在的这类自发过程都是不可逆的。

另外,因果不对称性(Causal Asymmetry)也被部分学者称为另一种时间箭头

物理学家爱丁顿(Arthur Eddington)认为,“因果不对称性”决定了时间维度朝一个方向前进,而不是后退。一个事件的发生沿时间的某一方向前进,比朝另一个方向更复杂更困难。

例如,气象预报专家可以利用今天的大气气象资料非常精确地预测今后三到七天内的降水几率。但要求他们利用今天同样的气象资料反推过去一周内的降水情况,其难度之大几乎完全不可能。

今天许多学者认为,因果不对称性就是时间指向朝前的基本特征。因为时间总是朝前(先有因,后有果),而向后(先有果,再有因)则无法实现。

由此可见,时间不仅具有方向性,而且所有方向都朝前。

假如时间可以反转,意味着无序程度随时间而减小(熵减),无序变为有序,就会出现怪诞不经的现象:看到明天的彩票摇号中奖结果,一定会在博彩行业大发横财;地上的玻璃碎片会自动复原成杯子......但事实上决不会发生。

 
关键词: 时间
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