时间之箭从古至今人类对时间的认知与研究

　　温馨提示：文章共4739个文字，阅读需要点时间，建议收藏后再阅读。
　　长期以来，人类大脑一直在努力解决时间的难以捉摸的本质：时间是什么，如何记录它，它如何调节生命，以及它是否作为宇宙的基本组成部分存在。本文利用一条时间线通过文化、物理、计时和生物学的观察历史来追溯我们对时间的不断发展的理解。公元前50,000年（文化）
　　澳大利亚的第一批居民，即今天的原住民的祖先，被认为接受了一种永恒的自然观，在这种观念中，现在和过去紧密相连。例如，人们相信死去已久的祖先的灵魂居附着在活着的人身上。这些精神反映了一个悠久的黄金时代，有时也被称为＂梦幻时代＂。
　　公元前8,000年（文化•计时）
　　在现在的苏格兰东部，由狩猎采集者挖掘的一排12个坑可能是农历用来计时用。考古学家注意到，这些坑的形状反映了月球的相位。这些坑似乎也与地平线上的一个点对齐，与仲冬日出相对应。考虑到阴历月数与一个太阳年并不一致，因此这可能是一个可以＂重置＂的历法。
　　公元前1250年（计时表）
　　2013年在埃及帝王谷出土的一件日晷，在这块平坦的砂岩上刻有一些标记，从这些标记似乎可以追溯到古代的计时。在古埃及，白天和夜晚被分为12个小时，尽管这些时间的长短会随着季节的变化而变化（夏季的白天较长，冬季的白天较短）。
　　公元前600年（文化）
　　许多文明，包括古代伊朗以及希腊和罗马的文明，都在通常被称为＂时光之神＂的神灵中体现了时间。时空之神经常被描绘成有翼的蛇，尽管在罗马他表现出更人性化的形式。公元前6世纪的哲学家毕达哥拉斯将克洛诺斯Chronos神描述为宇宙的＂灵魂＂。
　　公元前500年（文化）
　　尽管西方文化已经开始接受线性的时间概念，但许多其他文化都将注意力集中在时间的循环上。例如，印度教和佛教采用了一种周期性的时间观，暗示着世界最终回到了以前的状态。没有什么是永久的，甚至死亡也只是重生和更新的通道。
　　公元前350年（物理）
　　在物理学中，希腊思想家亚里士多德（Aristotle）提出了一个相当现代的时间定义，即＂关于前后的运动的可计算量度＂。这种将时间视为一系列事件的固定序列的观点，只需稍加修改，便可存留到20世纪初爱因斯坦的著作中。时间有开始吗？亚里士多德对这个概念犹豫不决，相反，他认为时间是无限的。
　　公元前100年（文化•计时）
　　中美洲的玛雅人发明了一种复杂的历法，它不仅记录了经过的季节和月亮的相位，还记录了金星在早晨或傍晚出现的时间。玛雅人认为时间是有机的，并相信人类与时间的流逝密切相关。守时被视为共同的责任。
　　公元前45年（文化•计时）
　　古代天文学家认识到，一天并不能平均划分为一个农历月（约29.5天），一天或一个月都不能按季节（约365.25天）的定义均分为一年，所以需要修正。在尤利乌斯·凯撒的统治下，古罗马采用365天的历法，但每隔四年出现一年有366天，于是＂闰年＂诞生了。
　　1090年（计时表）
　　在中国，一位名叫苏颂的政府官员建造了最早的机械钟，这是一种精密的水力计时器，后来被称为＂天钟＂。它拥有一个巨大的轮子上面载着36个水桶，水桶被流动的水填满和清空。这个大钟被建造在一座五层楼高的宝塔里，苏颂总共花了十几年才完成它。大约两个世纪后，欧洲才出现了机械钟。
　　1582年（文化•计时）
　　即使是闰年，儒略历仍然比真正的太阳年每134年少一天。对于罗马天主教会来说，这导致了对复活节等重要圣日的时间安排的混乱，因为复活节从春季被推移到夏季。在咨询了数学家和天文学家之后，教皇格里高利十三世实施了我们现在所说的公历，即每400年减少三天。这个日历每3300年只快一天。
　　1650年（ 计时表）
　　任何时钟的核心都是具有一种调节机制，这是一种以规律、可预测的方式循环的物理过程。伽利略可能是第一个提出用钟摆来做这项工作的人；他认为钟摆的摆动会随着时间的推移保持不变，他甚至制定了钟摆钟的计划。但是第一个真正制造这种钟的人是荷兰工匠，他们使用了天文学家克里斯蒂安·惠更斯（Christiaan Huygens）的设计。
　　1687年（物理）
　　＂绝对的，真实的，数学的时间，在它本身和它自己的性质，是一致流动的，＂艾萨克牛顿在他的杰作《原则》中写道。牛顿认为，即使我们的时钟可能是不完美的，实时流也是以稳定的速率流动，就像宇宙的主时钟一样。牛顿的定义与我们对时间的常识印象相吻合，即每个人都以同样的速度通过。
　　1729年（生物学）
　　古希腊人知道植物花瓣和花朵的的每日开放和闭合周期，但18世纪的天文学家让·雅克·德奥尔托斯·德迈兰（Jean-Jacques d＂Ortous de Mairan）证明了植物不仅仅是对阳光有反应。他做了个试验：把含羞草放在一个黑暗的房间里几天，观察到它们的循环行为持续进行，＂就像植物能感觉到太阳一样＂。
　　视频加载中...1824年（物理）
　　法国科学家萨迪·卡诺证明，任何发动机的效率都有上限，即卡诺定律，我们现在称之为热力学第二定律。这个定律初步简单阐述了在一个封闭的系统中，熵（无序的数量）必须总是增加的。事实上，这使事情变得更加复杂，但从来没有相反，似乎给时间提供了方向性。
　　1884年（计时表）
　　直到19世纪初，人们根据太阳来定时钟，这意味着不同的城市保持不同的当地时间。但随着高速列车的兴起，不同时期的混乱变得令人讨厌。出生于苏格兰的工程师桑德福德·弗莱明建议将世界分成24个相等的时区，每个时区跨越15度经度。批评人士认为这个想法是乌托邦式的，但他的＂标准时间＂计划最终被华盛顿国际子午线会议的代表们采纳。
　　1895年（文化•物理）
　　英国作家H.G.Wells出版了《时间机器》，通常被称为第一部现代时间旅行小说。尽管这本书比爱因斯坦的相对论早了整整十年，但它把时间视为第四维度，独立于空间的三维空间，类似于爱因斯坦物理学中对时间的构想。主人公穿越了数千年甚至几百万年的未来，回到了他在维多利亚时代英格兰的出发点。
　　1905年（物理）
　　爱因斯坦在狭义相对论中指出，宇宙不可能像牛顿想象的那样存在＂主时钟＂。相反，时间的测量取决于每个观察者的运动。光速是一个例外，每个人都认为光速值相同（大约每秒30万公里）。这个理论还暗示光速是宇宙的极限速度。
　　1907年（物理）
　　在爱因斯坦的狭义相对论之后，很明显，空间和时间是紧密相连的。德国数学家赫尔曼·明科夫斯基（Hermann Minkowski）是爱因斯坦的前教师之一，他描述了由此产生的四维实体：虽然空间和时间是相对的，但时空间隔是绝对的。在1908年的一次演讲中，他宣称：＂从今往后，空间本身和时间本身注定要消失在纯粹的阴影中，只有两者的结合才能保持一个独立的现实。＂
　　1915年（物理）
　　爱因斯坦在他的广义相对论中指出，空间和时间可以被引力扭曲（事实上，该理论将引力描述为时空的扭曲）。狭义相对论只适用于匀速运动的物体，而广义相对论也包括加速物体。这一理论预言了引力波和黑洞的存在，这两种现象现在都已被观测所证实。
　　1916年物理
　　在爱因斯坦计算出广义相对论方程的几个月后，德国物理学家卡尔·施瓦茨柴尔德（Karl Schwarzschild）为一个特殊情况解出了方程组：一个不旋转的球质量。但是施瓦茨柴尔德的解决方案有一个令人惊讶的含义：如果一个物体的所有质量都能被压缩到一个临界半径内（称为Schwarzschild半径），它将经历灾难性的、不可阻挡的崩塌，创造出一个引力场非常强烈的物体，甚至光也无法逃脱。我们现在称这种物体为黑洞。
　　1928年（物理）
　　为什么时间似乎只向一个方向流动？这被英国物理学家亚瑟·爱丁顿被媒体称为＂ 时间之箭 ＂。他认为这与熵有某种联系。爱丁顿写道：＂如果我们遵循箭头，我们会发现世界上越来越多的随机元素，那么箭头就指向了未来。如果随机元素减小，则箭头指向过去。那是物理学唯一已知的区别。＂
　　1929年（物理）
　　美国天文学家埃德温·哈勃（Edwin Hubble）和米尔顿·胡马森（Milton Humason）利用洛杉矶郊外100英寸望远镜对星空进行观测，结果表明，一个星系离地球越远，远离我们的速度越快。这一发现为宇宙大爆炸理论奠定基础，这个理论表明我们周围所有的物质和能量曾经集中在一个非常小空间里。这意味着宇宙及时间本身有一个开始。
　　1954年（生物学）
　　德国动物学家古斯塔夫克莱默（Gustav Kramer）假设，许多动植物都有一种内部时钟来控制它们的生物节律。他认为这与鸟类和蜜蜂用来导航的＂太阳罗盘＂有关。他的同胞克劳斯·霍夫曼（Klaus Hoffmann）的进一步实验表明，这些＂昼夜节律＂大约24小时，确实有助于鸟类导航。
　　1964年（物理）
　　两位美国科学家、物理学家阿诺·彭齐亚斯（Arno Penzias）和射电天文学家罗伯特·威尔逊（Robert Wilson）在新泽西州霍尔姆德尔的贝尔实验室发现了一种神秘的全天发光现象。这种辐射很快被认为是＂宇宙微波背景＂，有时它被描述为大爆炸遗留下来的辐射。宇宙大爆炸是否应该被视为时间的开始，人们仍在争论。一些宇宙学家认为宇宙经历了膨胀和收缩的循环。
　　1967年（物理•计时）
　　几个世纪以来，秒被定义为一天的1/86400。但是原子钟是如此的精确以至于揭示了地球自转的不规则性。现在很明显，由于气候和地质过程以及潮汐原因，一天的长度略有变化。换句话说，人们发现原子比行星更能记录时间。秒被官方重新定义为铯133原子基态的两个超精细能阶之间跃迁时所辐射的电磁波的周期的9,192,631,770倍的时间。
　　1971（物理）
　　当携带相同原子钟的商业客机两次在世界各地飞行–首先向东然后向西飞行–并将相对于地面上的相同钟表进行比较时，相对性进行了测试。由此产生的差异（称为时间膨胀）非常小（不到百万分之一秒），但可以通过时钟轻松测量，其结果与爱因斯坦的狭义相对论和广义相对论相一致。
　　1972年（生物学）
　　由芝加哥的罗伯特·摩尔和维克托·艾希勒和伯克利的弗里德里希·斯蒂芬和欧文·祖克领导的两组科学家发现了控制昼夜节律的大脑区域。其关键结构是视交叉上核，或SCN，它处理来自视网膜的光和暗信息。后来在老鼠身上的研究发现，SCN的损伤破坏了动物的节律，SCN移植可以恢复节律。
　　1988年（物理学•文化）
　　英国物理学家斯蒂芬·霍金出版了《时间简史》，这是一本关于空间、时间和宇宙的畅销书，一跃成为畅销书。霍金指出了三个截然不同的＂时间箭头＂：心理箭头（支撑我们对过去的记忆和我们如何想象未来）、热力学箭头（熵增加的方向）和宇宙学箭头（宇宙尺寸增加的方向）。
　　1989年（生物学）
　　一位名叫Stefania Follini的意大利妇女从新墨西哥州的一个山洞里出来，在那里度过了130天，没有与外界接触，也没有时钟。实验开始后不久，她的觉醒周期从24小时变为25小时。到最后，它长达36个小时。在130天之后，她估计已经过去了60天。关于我们的身体如何跟踪时间还有很多要学习的东西，但是这样的实验表明我们的内部时钟不仅仅是机械钟表的生物学等效物。
　　2009年（物理）
　　诺亚·林登（Noah Linden），桑杜·波佩斯库（Sandu Popescu），托尼·肖特（Tony Short）和安德烈亚斯·温特（Andreas Winter）在一篇有影响力的论文中指出，时间之箭可以用量子力学纠缠来解释。当一个物理系统与周围环境纠缠在一起时，它便趋于平衡-这种单向的演化决定了时间的方向。该团队的工作基于塞思·劳埃德（Seth Lloyd）在1988年的博士论文中提出的想法。
　　2013年（物理）
　　引力量子理论的研究人员开始怀疑，空间和时间都不是宇宙的基本属性。物理学家胡安·马尔达塞纳（Juan Maldacena）和伦纳德·苏斯金（Leonard Susskind）在2013年提出了一个关键观点，即量子纠缠和虫洞之间存在等价关系。这个想法有时被称为ER=EPR，在1935年爱因斯坦和合著者发表了两篇论文之后。如果是真的，那就意味着量子相互作用缝合了时空结构。
　　2015年（物理•计时）
　　由物理学家Jun Ye领导的团队开发了迄今为止最精确的原子钟。它被称为锶晶格时钟，可以计算出锶87原子的振动，该振动以飞秒（百万分之十亿分之一秒）测量的频率＂滴答＂。如果从大爆炸的那一刻起就一直在运行这样的时钟，那么它的误差不超过一秒钟。锶晶格时钟现在被用于探测基本物理学，并且可以用作暗物质探测器。
　　2018年（生物学）
　　一个由Tsao Tao领导的挪威科学家小组在大脑中发现了一个细胞网络，它似乎在将时间流逝的认识与记忆形成的联系中发挥了关键作用。在大鼠上进行的这项研究表明，在靠近海马体的被称为外侧内嗅皮层的大脑区域内，某些细胞群通过＂允许海马体存储关于什么，在哪里和何时的统一表征＂来编码情景记忆。
　　文章来源：https://www.quantamagazine.org/
　　翻译：梦老师
　　欢迎留言评论、点赞关注、转发，更多的知识将继续为您奉上。