俗話「水壺被盯著,水永遠不會燒開」(寓意操之過急亦無濟於事,事態進展不因焦急而加速),大學漫長的講座仿佛耗費一生,而愉快的周末與假期似乎一眨眼就逝去。
我們感知時間的節奏取決於我們的關註程度。我們擁有精確到分秒必較的生物鐘及神經計算系統。記憶在我們生命中層層疊疊,其排序便構成了我們對時間流逝的感知。然而,時常出乎意料的時間感知往往源於大腦中視覺圖案的轉換。
然而,那不過是感知而已,一秒就是一秒,一個世紀就是一百年,精準的時鐘永遠跳動著相同的次數,但現實並非如此。
鐘表只是物質的一分子,時針每一次的躍動都是微觀亞原子間無數互動的總和。齒輪的轉動,是金屬晶格中振蕩的原子所構成,受到電子在軌域上閃爍所限制,而電子又是由連續運動的誇克組成的質子所支撐,所有這些活動引發了連綿不斷的時間膨脹。
但時鐘中的某一部件所體驗的時間是否與整體同步?
對原子及原子核而言,它們感受到的時鐘時間是一致的,但即便最精準的原子鐘每天也慢下億分之一秒。時鐘內的所有原子感受到相同的一秒,但誇克和電子的情況又如何呢?我們對時間的傳統理解將分崩離析!
為何會這樣?答案在於運動!
顯然,時間的推移取決於運動。相對於你移動得越快的物體,你看到它的時鐘就走得越慢,以光速移動的粒子,時間似乎靜止,時鐘好似停止。
原子中的電子與誇克以極高的速度運動,它們所感受到的時間與原子本身大相徑庭,從某種意義上說,基本粒子是無時間概念的,時間的流逝僅當它們被物質束縛時出現,原子內部的時間流逝與整體並不同步。
時間與運動相關,反之亦然,解釋了為何光速運動的粒子無時間概念,以及品質與時間之間的本質聯系。
設想由兩面鏡子及運動於其間的光子構成的時鐘,光子每次往返代表時鐘跳動一次,其速度取決於光速與鏡子間距。在時鐘相對我們移動前,其速度固定,時間流逝平穩。
若移動鏡子,在我們看來,光子的路徑呈斜線延長。但光速是恒定的,所有觀察者都會看到光子以同一速度移動,不論他們自身速度如何。這並非推測,而是科學驗證的事實。
了解這點後,回首再看時鐘,在我們眼中,光子需要更長時間往返一次,因為它必須經過更長距離,但速度不變。因此,對我們而言,移動中的光子鐘似乎比靜止的慢,因為我們旁邊的時鐘按正常速度行進。但隨光子鐘移動的人則認為他的鐘速度正常。
這就是愛因史坦相對論中的時間膨脹,非思想實驗,而是科學論證的真理。
假如光子鐘以光速移動,會怎樣?
隨著速度提升,光子抵達鏡子所需距離也越來越遠,直至速度達到光速時,距離變得無窮大。在我們看來,光子再無法觸及鏡子,時鐘也就停止,時間凝固。
同理,加速系統中的光子鐘同樣適用,比如火箭上的光子鐘比非加速系統慢,因為加速系統中光子運動的總距離更大,導致時鐘減慢。
愛因史坦的等價原理表明,處於強重力場的系統與加速系統相似,所以重力場越強,時鐘走得越慢,這就是廣義相對論中的重力時間膨脹。
而那奇特的光子鐘例子與真即時間和物質有何關聯?如果光子鐘具有這種性質,那麽光子盒也如此,二者實則等同。在高速移動的光子盒中,其內部粒子與墻壁的撞擊距離比靜止光子盒更大。此處註意,這與賦予品質的加速光子盒不同,我們討論的是恒定速度的物體。
我們得知,原子及其核由可光速移動的物質構成,但受限於場。誇克與電子受希格斯場束縛,進而被束縛於原子中的力量所限制。所以,當一個原子高速掠過,你會看到其內部所有粒子似乎都變慢,與光子鐘如出一轍。
在原子內部,時鐘的每一步都是組成粒子與場間互動的結果。場中的內部成分交換能量、動量與其他內容,正是這些互動維持著原子的完整,發生的速率代表原子從一個狀態轉變至另一狀態的速度,即原子演變的速度。
對於高速移動的物體,其內部作用驅動的演變較慢,時間亦隨之放慢。若速度足夠快,時間幾近靜止。
因此,對光速粒子的限制賦予了物質品質,事實上,正是這限制,這充滿能量的移動塊正是物質本身。如今看來,也正是這團光速粒子賦予了物質時間。原子透過內部演變感受時間,如同我們透過大腦中變化的影像感知時間!