理论上时空是什么 时空指的是什么( 四 )

那么从宏观来看,时间就是熵的变化——熵增是时间流逝,熵减是时间倒流——而质量、低温、不对称、有序、物质粒子、势能、静止、不运动等——都可以看成是,存储着“时间” 。

能量——通常是指可利用的能量,即存在有序结构的质量,当有序结构(势能)转化为无序运动(动能)之后,就只剩下了不可利用的能量 。宏观上,可利用能量也被称为自由能,其代表了,将内能转化为对外做功的能力 。
例如,生命与产品的创造,是局部熵减——相当于产生时间;生命与产品的磨损,是局部熵增——相当于消耗时间 。
例如,人体的衰老时间,宏观上是质量减少的变化,微观上是基因从有序到无序的变化,最本质是物质粒子量子态计数的变化,其过程是,基本粒子变化影响了上层原子,原子变化影响了分子,分子变化影响了基因表达,基因表达影响了细胞运作,细胞运作影响了组织器官,最终影响了人体衰老变化,即衰老时间 。
由此可见,时间也是存在方向的,即时间的变化指向了——熵增无序和质能转化 。而光子没有质量,仅有能量,量子态不可计数——则代表着时间变化的终点,所以光子的时间静止,不再变化 。
但需要指出的是,熵增是宏观统计,在微观可以随机到熵减,要定量的描述时间——在宏观可以用熵值计数,在微观可以用量子态计数——而微观与宏观的分界线,就是量子效应,即:有量子效应是微观,反之是宏观 。
最后,如果物质变化代表了时间,那么这个变化的快慢,就会代表不同的时间流逝速度,这对应了两种相对论的结论:
  • 狭义相对论指出——相对速度越快,时间就越慢,即:相对时间膨胀 。
  • 广义相对论指出——越靠近引力场,时间就越慢,即:绝对时间膨胀 。
需要注意的是,根据广义相对论,在超强引力场中(如黑洞中),时间可以慢到静止,但这与光子的时间静止,却是两种本质不同的静止:
  • 光子的时间静止——是因为没有质量,从而没有了物质变化 。
  • 黑洞的时间静止——是因为质量极大,引力将物质极端紧密的挤压在一起,导致没有运动、温度几乎抵达绝对零度,从而没有了物质变化 。
例如,霍金(Stephen Hawking)通过结合部分的广义相对论与量子力学,证明黑洞也拥有温度,通过计算发现,质量约为3个太阳质量(即3M)的黑洞,其温度大约只比绝对零度高一亿分之一度(约1.8 * 10^-9K),这几乎就没有任何微观运动了 。
事实上,黑洞越大越冷,我们银河系中心的质量约4 * 10^6M的黑洞,温度只有1.5 * 10^-14K——这意味着,黑洞越大物质变化越慢,即时间越慢 。
有关黑洞和大爆炸的数据,取自《宇宙的轮回》(罗杰·彭罗斯)和《宇宙的琴弦》(布赖恩·格林) 。
空间的本质因为有了物质,物质变化的呈现就是空间,比如长宽高、位置差、大小方向等,都是随着物质变化所展现出来的——结构属性 。
而通常,我们所谓的空间感,最主要来源就是空,并且曾经人们觉得真空是没有任何物质的 。但没有物质,又怎么会有空间呢?后来,量子场论认为真空——并不是没有任何物质,而是充满了场和能量的 。
场,是一种存在于空间之中,看不见摸不着但确实存在的物质,比如引力场、电磁场、夸克场、电子场、中微子场、光子场、希格斯场,量子场等等,都具有客观存在的可观测效应 。
可见,场就是物质变化的范围——它能够被量子化激发,产生能量和动量,以及与微观粒子发生互相作用 。
于是,场就可以看成是,同类型粒子的集合,而场中的微小振动(即量子化激发),就产生了一类粒子,就如:光子是电磁场的微小振动,电子是电子场的微小振动,希子是希格斯场的微小振动 。
这可以形象的理解成,向平静的湖面,扔下一个小石子,结果湖面波纹涟漪,于是平静的湖面从能量最低态(即基态)中被激发了 。
那么,真空中的场——其实是充满了虚粒子的,并且虚粒子,会持续地随机生成或湮灭于空间的任意位置,产生可观测效应 。而如果所有位置的虚粒子,都处在了最低能量态,那么空间就抵达了最低能量态,即量子真空态 。
虚粒子——相对于实粒子,其无质量、无法直接观测到,但存在可观测效应,如卡西米尔效应 。注意,只要能够观测到的粒子,就是实粒子,而不是虚粒子 。