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第453期 2017/06/17

本期摘要

 
好書推薦:

時間之冪

科文書摘

時間之冪

科文新聞 時間是幻象還是真實存在?
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時間之冪

從極短暫到永恆,囊括各種時間尺度的祕密

以10的冪次方為尺度,
蒐羅各式各樣有關時間的紀錄,
解答各種關於時間的祕密!

時間之冪


  這是一本放在咖啡桌上的書,讓你在閒暇之餘,能隨手拿起來翻閱的趣味書籍。不論從哪一頁開始閱讀,都沒關係,你更可以直接從你最感到好奇的「時段」開始,順著看、跳著看都可以。

  我們希望,你也能像我們一樣,在每個不同的時距裡,發現並感受到周遭這個令人讚嘆與驚奇的世界。每一個時距,都是獨一無二的,也都展示了讓人著迷的奇特現象……

  我們這本書,是由一系列各自獨立的短篇與插畫和照片所組成,描繪著從一眨眼到一整個滿月,歷時長短不同的各種趣味現象。

時間之冪

  自然現象及其時間尺度

  時間是大自然的本質。在自然科學領域,時間是一個不可或缺的參數。「時間」這個詞有兩個含義:一個是「時刻」,意思是在時間軸上的某個點,或是某件事發生的瞬間;另一個含義是「時距」或「時間間隔」,意指兩個時刻之間的一段時期。時距可長可短。在我們的世界裡,在長短不一的時距裡,存在著許多令人驚奇、甚至超乎想像的自然現象。例如,目前的電腦科技,在一秒內,便可以進行上百萬次、有時甚至是數十億次的計算。另一方面,有些自然現象卻需耗時數百萬年。物種演化就是一例,由於演化的速率是如此緩慢,使我們幾乎無法察覺演化的存在。

  近代自然科學的進展,分別從兩個方向,向我們展示了比上述兩個例子更為極端的自然現象。在微觀世界裡的一些微小粒子,它們在運動速率上,已經遠遠超過當今最快速的電腦了。而在巨觀世界裡,當我們考慮行星、恆星或整個星系的年齡時,這些動輒長達數十億年的光陰,簡直讓人無法想像。科學家認為,他們幾乎已經可以確定宇宙的真實年齡;然而,這個看似永恆的極長時間,絲毫無法阻礙物理學家的好奇心與研究工作。

  本書的主旨是希望展示:在我們生活周遭,各個變化多端、卻又獨一無二的時間尺度。我們將從「一秒鐘」開始,以這個我們最熟悉,也是在近代科學中最被廣泛採用的時間單位,做為起點。在本書的第一部,我們將以十為倍數,細細展開這些逐漸增長的時間尺度,以及在這些時距內,各種特殊而有趣的自然現象,一直到當今宇宙的年齡為止。

  不過,這還不是我們的終點,因為有些事件的歷程,會比整個宇宙演化的時間還要漫長!

  當我們討論完這些接近「永恆」的漫長時段之後,將會來到時間尺度的另一側,瀏覽一些花不到一秒鐘的快速事件。這是本書的第二部,我們將直接跳進一個(可能是)最微小、最短暫的時距裡。然後,我們再次以十為倍數,逐步邁開我們的步伐,直到回到「一秒鐘」為止,本書也將在此畫下句點。

  這樣的安排,看似有些怪異,不過,我們相信,對讀者而言,這應該是最輕鬆、最不會有壓力的方式了。我們希望它是一本放在咖啡桌上的書,讓你在閒暇之餘,可以隨手拿起來翻閱的趣味書籍。不論從哪一頁開始閱讀都沒有關係,你更可以直接從你最感到好奇的「時段」開始,順著看、跳著看都可以。

  我們希望你也能像我們一樣,在每個不同的時距裡,發現並感受到這個令人讚嘆與驚奇的世界。每一個時距,都是獨一無二的,也都展示著讓人著迷的奇特現象。換句話說,我們這本書,是由一系列各自獨立的短篇與插畫所組成,描繪著從一眨眼到一整個滿月,歷時長短不同的各種趣味現象。

(本文為節錄,完整內文請見時間之冪


 時間是幻象還是真實存在?

科學新聞由Pansci.tw泛科學提供

文/羅伯特.馬修斯(Robert Matthews)、譯/甘錫安

時間究竟是什麼?儘管我們都很熟悉這個概念,但即使是最偉大的思想家也難以用言語來描述它。一千六百多年以前,哲學家奧古斯丁(Augustine of Hippo)便承認:「如果沒有人問我(時間是什麼),那我知道。但若是有人問起,我解釋不了。」

加拿大的圓周理論物理研究院(Perimeter Institute for Theoretical Physics)專門研究物理學的基礎問題,該研究院的創辦人之一李•施莫林教授(Lee Smolin)與這項難題纏鬥許久,他表示:「面對科學時,了解時間的本質是最重要的關鍵。」

科學家的確著手探究了時間的奧祕,只是結論相當驚人。他們主張,根據最成功的物理學理論,時間並不存在。

但現在施莫林有新消息要告訴這些科學家。他在頗具爭議的新書《時間重生》(Time Reborn)中表示,堅持這種愚蠢想法很危險,而接受時間是萬象的根基,則前景可期。如果他的說法正確,那麼時間不僅並非無足輕重,而且還是解釋宇宙運行的關鍵,甚至與我們的存在息息相關。

施莫林非常清楚自己挑起了極大的爭議。「科學界視時間為幻象,這點很難對付。」他表示,「這反對時間存在的理論核心,依憑的是我們理解物理定律的方式。」他的意思不是說物理定律錯了,只是科學家沒有理解它們真正的來源。「根據以往的見解,宇宙中發生的一切都受物理定律主宰。」他說,「物理定律是絕對的,不受時間影響。」

這些物理定律似乎也顯示了時間真正的性質。施莫林表示:「物理定律顯示,時間流只是個方便的假象,可藉由計算加以取代。」換句話說,時間只是讓方程式吐出正確答案的小技巧。

巴伯的看法與施莫林不同。他主張宇宙其實是一大批靜止的「現在」,就像宇宙影片膠卷上的畫格。要解釋宇宙的運作,在任何時刻(或「現在」)都不需要考慮時間。時間的流動感來自我們的心智處理這些畫格(巴伯稱之為「時間膠囊」),但時間本身並不存在。

施莫林十分讚揚巴伯的研究成果,他說:「這是理解量子宇宙論的最佳思考方法。」他甚至在自己的理論中納入巴伯的某些最新想法。不過他認為巴伯的概念和各種「沒有時間」的宇宙理論具有相同的缺陷:它難以提出可檢驗的預測,而且無法解釋沒有時間的物理定律最初從何而來。

施莫林認為自己能解決這些麻煩,甚至做得更多。為了達到這個目標,他開始研究目前全宇宙最奇特的物體:黑洞。

黑洞由巨大的恆星塌縮形成,最出名的特點是重力場極強,連光都逃不出它的掌握。我們目前仍不確定黑洞內部發生什麼事,但依據量子理論的線索,黑洞中心可能是全新宇宙的誕生地,每個新宇宙各自遵循不同的物理定律。

施莫林指出,如果這個說法正確,那麼達爾文的天擇理論可套用在宇宙上,最常見的宇宙將是最適合孕育黑洞的宇宙。他表示,我們可在我們的宇宙中檢驗這套理論。歷經無數次宇宙演化之後,我們的宇宙現在應該是按照適合孕育黑洞的物理定律運作。根據施莫林的說法,天文物理學家可以檢視這是否正確,並且回溯相關證據的發生時間。

不過,最令人驚訝的證據或許是人類的存在。巨大恆星在超新星爆炸中死亡,黑洞於焉誕生。有趣的是,這些恆星也製造了形成生命所需的碳、氧和其他元素。沒有這些巨大的恆星,就沒有孕育宇宙的黑洞,也沒有不斷演變的物理定律,當然也沒有人類。

因此施莫林提出,人類的存在或許正是宇宙演化的證據。由於演化得花時間,所以時間確實存在。這種證明時間真實性的論證方式相當令人驚奇,不是所有人都接受。德國科隆大學理論學家克勞斯.基佛(Claus Kiefer)教授表示:「說這些講法投機我覺得不為過。」他甚至從頭質疑施莫林這番論述:「目前完全沒有證據能證明新宇宙是誕生自黑洞內部。」

然而有一點大家都同意:時間的確感覺像是真的。而且毫無疑問地,施莫林的證明方式十分大膽。

如果他是對的,那麼我們的宇宙只是無窮系列中最新的一個。宇宙隨著時間相繼出現,物理定律演化至今,不僅變得適合形成黑洞(新宇宙的誕生地),還適合形成生命(包括人類)的基礎元素。換句話說,時間解釋了我們的宇宙為何正好具備適合人類生存的條件。

所以,施莫林的說法是否正確?還是如多數理論學家所說,時間其實只是幻象?只有時間能證明了

(本文為節錄,完整內文請見 【Pansci.tw泛科學】
時間是幻象還是真實存在?



 

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