時(shí)間從何而來

李孝輝　陳瑞瓊

時(shí)間是什么？時(shí)間從何而來？這是很多人都在思索的問題，也有很多人對時(shí)間表示疑惑，不知道為什么會有時(shí)間。在科學(xué)和技術(shù)上，時(shí)間的概念非常明確，就是人們?yōu)榱朔直媸录群箜樞蚨O(shè)定的一個坐標(biāo)。這要從宇宙的起源說起。

宇宙大爆炸

宇宙創(chuàng)生之前，沒有空間也沒有時(shí)間，只是一個“點(diǎn)”。這個“點(diǎn)”的體積無限小，但質(zhì)量非常大，引力也異常大，以至于連光線都被吸在里面發(fā)不出來。人們目前所知道的物理定理在這里都是失效的，我們把這個“點(diǎn)”叫作奇點(diǎn)。

奇點(diǎn)靜靜地漂浮在那里，沒有人知道它為什么在那，也沒有人知道它要干什么。

突然，“砰”的一聲，奇點(diǎn)爆炸了，這下可熱鬧了！原子核、電子等形成物質(zhì)的各種基本粒子，一個接一個產(chǎn)生了。這些粒子相互碰撞、相互結(jié)合、相互分離，慢慢就產(chǎn)生了各種物質(zhì)。隨后，我們現(xiàn)在看到的星系也逐漸產(chǎn)生了。由于爆炸的沖擊，這些星系一個接一個遠(yuǎn)離了爆炸的中心。

這個過程，就好似推翻的多米諾骨牌一樣的連鎖反應(yīng)，一個事件導(dǎo)致另一個事件發(fā)生，然后慢慢地，就形成了我們的這個宇宙。

“時(shí)間”的提出與定義

在宇宙演化一百三十多億年后，產(chǎn)生了人類。從此，這個宇宙就不平靜了。

有一天，兩個人相遇并激烈地爭論起來，因?yàn)橛幸患?，他們統(tǒng)一不了意見。

一個人說：“是這朵黃色的花先開的，那天我打死了一只野豬。”

另一個說：“是這朵紅色的花先開的，那時(shí)候我正在這朵花旁挖地。”

他們爭論了好久都沒能統(tǒng)一，只好去找族長，看族長有沒有什么辦法分出先后。族長聽了沉默不語，仰頭看著天空，靜靜地想了好半天，語重心長地說：“出現(xiàn)這個問題也不奇怪，那是因?yàn)槲覀儧]有定義出時(shí)間。如果有了時(shí)間，我們只需要說出每件事發(fā)生的時(shí)間坐標(biāo)，就可以比較它們發(fā)生的先后順序了?！?/p>

“那么，族長，我們?yōu)槭裁床粍?chuàng)造‘時(shí)間呢？”

“是呀！人類需要一個時(shí)間?！?/p>

時(shí)間的性質(zhì)

族長開始忙碌起來，他要創(chuàng)造時(shí)間！族長集中了部落里的幾十位先知，成立了一個時(shí)間局。他們絞盡腦汁思索與討論后，給出了時(shí)間的三條性質(zhì)。

第一條：時(shí)間的作用是打標(biāo)記。

制訂時(shí)間是為了什么？就是為了給一個事件打標(biāo)記。通過比較兩個事件的時(shí)間標(biāo)記，就可以知道事情發(fā)生的先后順序。

第二條：時(shí)間要被大家所承認(rèn)。

首先，我們部落內(nèi)部的活動，大家要使用同一個時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。如果不使用同一個時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，譬如張三和李四，那么他倆對同一個事件的標(biāo)記就無法進(jìn)行比較，如此就失去了時(shí)間的意義。

其次，將來我們幾個部落之間有相互交流的話，部落相互之間使用的時(shí)間，也要一致！這樣，部落之間才有對事件進(jìn)行比較的可能。如果將來部落擴(kuò)展到全球，那就要統(tǒng)一全球的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。

第三條：時(shí)間要能測量。

我們制訂一個“時(shí)間”，想讓大家都能用上，那就需要大家都可以測量到它。如果人們測量不到，那又怎么能夠用呢！

時(shí)間的要素：起點(diǎn)與周期

把時(shí)間的性質(zhì)搞清楚后，時(shí)間局的任務(wù)馬上就能完成了。他們很容易就確定了創(chuàng)造時(shí)間的方法：選一個起點(diǎn)，再選一個周期現(xiàn)象，對這個周期現(xiàn)象進(jìn)行累計(jì)，這就是“時(shí)間”。

起點(diǎn)的選定比較容易，可以選用某一個偉人的生日，大家后來同意確定使用耶穌的生日。至于周期現(xiàn)象，則讓大家費(fèi)了一番功夫。

樹上的年輪一年長一圈，這就是一種周期現(xiàn)象。但大部分人并不同意使用這個周期現(xiàn)象，因?yàn)橛^測這個現(xiàn)象要把樹砍斷，難度較大。

喇叭花每天早上開放，也是一種周期現(xiàn)象。但冬天就觀察不到這個現(xiàn)象了，因?yàn)椴怀志?，所以很多人也不同意?/p>

族長家后院有個泉眼，長年累月都在滴水，一滴一滴的，也是一種周期現(xiàn)象。但由于這個泉水在族長家，其他人都觀測不到，也被否定了。

最后，大家一致同意，用“日”這個周期現(xiàn)象：太陽升起一次就是過了一天。這種周期現(xiàn)象較為容易觀測，也能被大家所接受。這樣，時(shí)間就產(chǎn)生了！

人們在非常長的歲月里，都在使用這種由太陽得到的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生活。直到科技發(fā)展，人們需要更加精準(zhǔn)的時(shí)間，才轉(zhuǎn)而使用其他的周期現(xiàn)象，使時(shí)間的產(chǎn)生更加容易把控，精度更高。

這就是時(shí)間起源的故事。人們定義出一個時(shí)間尺度，利用這個尺度作為比較事件發(fā)生先后的依據(jù)。這個時(shí)間尺度可以一直向前推到宇宙大爆炸，向后推到宇宙結(jié)束，這就給出了所有計(jì)時(shí)器具都必須遵守的參考標(biāo)準(zhǔn)。所有的計(jì)時(shí)器具都按照這個標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行校準(zhǔn)，這就把時(shí)間的產(chǎn)生轉(zhuǎn)化為了時(shí)間的測量。

（選自中國科學(xué)院國家天文臺2021年1月13日微信公眾號，本刊有刪改）