時間到底是什麼？全面科學解答

關於時間是什麼這種巨大而深刻的問題一定困擾了許多人，這裡我們不談哲學上的理解，只從物理科學角度來解讀。

1、從維度說起。

我們的空間是3維的，6個參數，3個方向，3個角度。時間是1維的，沒有角度參數。牛頓時代，時空共7個參數。愛因斯坦引入時間空間一體的概念，令時空較空間增加了3個參數，因此時空有10個參數。

2、從對稱性上深入理解

空間可以從左往右移動，也可以從右往左，滿足平移對稱，旋轉對稱，鏡像對稱。時間只能前進（且不停向前），不可回溯，在時間的維度上無法自由的左右移動。這是導致相對論時空具有雙曲旋轉對稱性的而不是圓旋轉對稱的根本原因。三維空間中，一根棍子無論怎樣平移、旋轉，長度都是不變的。但是四維時空中，四維時空距離並不滿足這種特性（時-空面上的旋轉對應速度的變化），因為時間不允許回溯且不停向前，因此必須引入靜時標準（方便對鍾）——光速不變。速度為光速時時間靜止，令其性質完全參數化為標量，具有空間特徵，不再流動。此時時間被嵌入空間中，滿足雙曲旋轉對稱。

3、等價性

時間等價於三維空間物質的變化指標。牛頓時代，全宇宙所有的物質都有相同的變化率。愛因斯坦建立相對論後，三維空間中每點原則上都應該有不同的變化率，等價於每個空間點有一個鍾，記錄的時間叫固有時。

4、為什麼物質會變化和移動？

移動與變化總是相對的。這是一個基本的物理哲學思想，也是空間平移對稱、旋轉對稱性、鏡像對稱性的體現。物質之所以變化，通俗點說就是因為規範對稱性破缺了。需要解釋一下，這裡所說的規範，源自數學家外爾所說的規範。外爾發現，我們的幾何是用二次型定義的，即無窮小距離元。比如畢達哥拉斯定理，這種定義有一個細微的超距性質，即斜邊依賴兩直角邊的長度，然而兩直角邊跟弦長不處於相同的維度上（存在一個夾角），這是一個標準尺的標準超距應用在斜邊上，因此無窮小距離元的定義是依賴於平面幾何的。為了定義時空的規範，外爾又引入了一個一次型的無窮小距離元，這個度量函數就定義了一種時空規範標準。

5、距離的規範對稱破缺是如何衍生時間的？

假定存在一種三維的原初空間，它跟我們現在的空間不一樣，我們的空間是與時間嵌合的。在三維原初空間中，距離由兩個函數定義，物質進行無窮小的坐標變換時，規範被破壞，比如物質的態函數(長度或其他狀態之類的）：這意味著規範對稱被破壞了，態函數不再具有坐標變換不變性，而是產生了某種相對性的改變，這意味著質量不僅僅是空間參量的函數，還必須引入一個新的參量，它對應能量，其對偶即時間。這就是規範對稱破缺後所產生的時間參量。

6、最後的問題：質量是如何起源的？為何作無窮小坐標變換會破壞規範不變性？

這個問題就比較難答了，但是不是不可以答。涉及面太廣這裡就不答了。只需記住，質量是一切的起源，物質之所以是物質因為有質量。 愛因斯坦認為，不存在物質的宇宙，就沒有引力場，引力場等價於時空，因此沒有物質就沒有空間。從而時間是什麼，跟物質是什麼，是同一個問題。

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