时间，原来是这样：从牛顿力学、爱因斯坦相对论，到量子重力与弦论，探索时间本质之谜 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

图书标签:

• 时间
• 物理学
• 宇宙学
• 相对论
• 量子力学
• 弦论
• 牛顿力学
• 科学史
• 哲学
• 科普

　　如此模煳，却又根深蒂固，这就是人们对「时间」的普遍印象。

　　我们一般感受到的「时间」，似乎是一种独立运行而不受任何力量控制的存在，看不见又摸不着，不能停止，也无法回溯。而在当今物理学中，时间可说是热门的议题。本书就要从物理学的角度来谈时间，挑战「时间是什么」这个千古难题！其中关键就是──仔细观察物体的运动状态。

　　我们以为的时间，竟然只是假说

　　事实上，「时间」是为了合理解释周遭的物体运动而引进的假说，而且会随着物理学的屡次突破，因对物体运动的理解改变而产生重大变化。

　　人们一般对于时间的感受，其实根植于数百年前发展出来的运动定律。尤其是以牛顿的运动定律最爲关键，定义出宇宙共通、独立不受干扰且均匀流动的「绝对时间」，这就是我们习以为常的时间观念。直到爱因斯坦提出相对论，改变了牛顿建立的时间观。从此时间不再超然物外，而与空间密不可分，更可被重力扭曲。

　　可是，这难道就是时间的真面目了吗？

　　终极大哉问──宇宙是什么？
　　
　　最新的物理学研究显示，量子重力与弦论带出了更惊人的时间观：时间其实是包含空间、物质和力的巨大结构之一部分。随着物理学逐步揭开时间的神祕面纱，意味着我们将能够直接描述黑洞中心的时空崩坏等物理现象，触碰宇宙诞生的祕密……

　　本书将带领读者踏上精彩的物理革命之旅，一步步逼近时间的真实面貌！

作者简介

松浦 壮

　　生于一九七四年。一九九八年从京都大学理学学系毕业。二〇〇三年获得京都大学大学院的博士学位（理学）。之后以基本粒子物理学者的身分，在日本、丹麦、波兰的研究机关工作，二〇〇九年任职于庆应义塾大学商学院，二〇一六年升等为教授。研究主题是用超弦理论和数值模拟作超对称规范场论之解析。研究之余，也以非自然科学专门的学生为授课对象，教导物理学课程。兴趣是武术（合气道等）、游泳、古典吉他等。着有《推动宇宙的力量是什么》等书。

译者简介

陈彩华

　　兼职译者，业余马拉松跑者以及重度文字中毒者。

导读　时间是什么
前言　

第1章 时间的计量　
现在几点？
时钟是什么？
感觉时间的流逝
记录时间的流逝
真正的感想
时间的计量方法
真的没问题吗？
「时间」这个假说

第2章 古典时间观——伽利略和牛顿创造的概念　
实验的精神
绝对静止
从经验到原理
惯性——相对性原理的出现
力与质量与加速度
力是物体间的相互作用
抽象化的威力
运动定律诉说的时间形象

第3章 决定时间方向的东西——「时间之箭」的问题　
时间和运动的间隙之间
时间能倒带？
列举「可能性」
好像少了什么
正因为是混沌
时间是「可能性」的方向
还不懂的事情
我们感觉的「时间」本质究竟是？

第4章 从光引导出新时间观的黎明——狭义相对论　
虽说光很快
光是波？粒子？
光的真面目
迈克森和莫雷的忧郁
世纪末的困境
爱因斯坦的一点突破
分歧与决断
从绝对时间到相对时间
超越纸上空谈
「时间方向」这个视角
时空和距离
时间延迟代表的事——时间和空间的一体性

第5章 振动的时空与重力的本体—广义相对论　
广义化的相对性原理
这是在画大饼？
惯性力
和什么很像
哪一个是真正的惯性系？
从光的行为来看
重力造成的时间延迟
从时空来看等效原理……时空是扭曲的！
广义相对性原理，在此复活！
时间的别名——重力
广义相对论诉说的时间本体
半途中

第6章 充满时空的「场」的作用——马克士威理论和作为量子的光　
仔细端详「力」
静电的本体
局部性的想法
局部性的实现——称为「场」的概念
磁铁源自电荷的流动
发电的机制
马克士威的一击
电场和磁场的波
爱因斯坦预见的梦
另一个困境
困境的解决
波粒二象性
光是量子

第7章 微观世界的力与物质——全都是量子场构成的　
原子的谜团
原子放出的光
光是运送能量的角色
「不连续」代表的意思
波耳的量子条件
电子哟，你也是呀！——电子也是量子
「容易存在」的波
量子是波？是粒子？
量子的波是什么波？
粒子是量子的调和（harmony）
量子的真面目
力也是量子的调和
量子场编织而成的物质世界

第8章 以量子重力为名的大一统——时间是什么？　
回顾旅程
在古典的时空加入量子场
重整化和有效场论
广义相对论是有效场论
「宇宙是什么？」
不是时间也不是空间的「什么」
称之为「弦论」的方法
弦论正在发展当中
时空和场是由矩阵构成的吗？
探求时间、空间、物质、力的DNA

结语　
参考文献　
索引

前言

　　「时间是什么？」是日常生活中大概没有多少机会可以认真思考的问题，因为时间与我们实在是太过密切了。就算被问「是什么呢？」大概会得到「时间就是时间呀！你看，时间不是在动吗？就是那个嘛！想这些没什么用吧。」的回答吧。人们很难留意近在咫尺的事物，就像我们平常不将水或空气的存在放在心上一般。

　　虽是如此，身旁理所当然的存在并不等同于「无聊」的意思。

　　比方说，我们周围的水和空气由氮、氧、和氢等元素所构成是众所皆知的。而且可以延伸到我们周遭的各种存在，水和空气、和形态与形状完全不同的石头或我们自身，都是由同样的「元素」组成，光是这点就让人十分吃惊了。

　　但不仅如此，这些到处存在的元素并非在宇宙产生时就存在。事实上，根据各种证据指出，宇宙诞生时只有氢和氦的简单元素。而其他元素的诞生，竟然是在星球中合成产生的。

　　夜空的星星发出的光主要是来自氢转化成氦的核融合过程，但是当质量很重的星球寿命将尽时，氦会核融合产生碳或氧，进而融合产生更重的元素。当这些元素无法再进行核融合时，会发生称为超新星爆炸的大爆炸，核融合产生的元素因而四散到宇宙各处（比铁更重的元素就是在这种大爆炸中合成产生的）。

　　我们的身体主要由碳元素所构成，而周遭充满了包含氮和氧的水与空气，这些元素就是远古时代巨大星球的寿命结束时，产生的元素再次聚集形成太阳、地球以及我们的证据。这并非比喻，我们的起源就是存在于这些星球中。

　　像水和空气这些理所当然的存在，一见平凡无奇，也可看成是星球的一生这种浩大宇宙中的最前线的现象。接触到「理所当然」的背后关联的理（法则），就能理解世界的样貌是如此简单却精妙，而这也是学习的醍醐味之一。

　　那么「时间」呢？时间是无所不在的存在，其背后究竟和什么原理相关，而我们看世界的方式，又会因理解这些原理而发生什么改变呢？这就是这本书的主题。

　　虽说如此，时间果然是棘手的对象呢。自古至今，东西方以时间为主题的论述数不胜数，而论述的切入点从哲学到心理学、生理学、物理学，各式各样都有。

　　这也无可厚非，像水或空气这种眼睛可见的还能具体呈现，而时间根本看不见也摸不到。正因如此，环顾四周，树木因风摇摆、人们忙碌而快速步行，这些风景都是能被大声地主张「时间正在流逝喔！」的现象。比起水或空气，时间是更普遍的存在，我们却无法捕捉甚至是看到它的本体，只能眼睁睁地看它从手中流逝，让人十分焦躁。

　　能实际感觉却没有实体。

　　这就是时间的特征之一，也可说是时间并非如此简单的最大原因。受到古代基督教世界观影响甚鉅的圣奥古斯丁（St. Augustine）也如是说：

　　……那么，时间是什么呢？没人问我的话，我是知道的。但是，当要向提问者说明时，我反而不晓得。（圣奥古斯丁《忏悔录》）

　　经过了将近一千六百年，这种感觉至今依旧不变。
　　虽说是暧昧的存在，我们之间却共享着相当具体的「时间」形象。表现方法也许因人因异，但想法应该大同小异吧：

　　时间是绝对无法逆行，并推动宇宙整体流逝的「什么」。

　　就像是「江流不尽，水不复还」（鸭长明《方丈记》）的意思吧。

　　飘在大江上的小船或浮木，都是往同样的方向流去，这是因为所有事物都被相同的水流推着。如果小船和浮木能自主行动，就不会是这种一致性地流动。当有什么事物的动作整齐一致时，我们就会不禁想像其背后似乎有什么在推动，就像「人流」这个词汇字面上的感觉一般。

　　时间也有相同的韵味。

　　实际上，我们是透过移动的事物来感受其背后的时间。闭上眼睛时，当然也能感觉到时间，但脑袋中感觉到的时间，大体来说是意识活动，也就是脑内的神经回路流过电流的现象，这种现象便包含了事物的流动。

　　而且，事物的流动不因场所而改变。像是风吹树摇动的方式是举世皆同，也没听过球的飞行会因国家而异。这就是支配物体移动的法则不受场所影响的证明。而影响这个法则却看不到的巨大流动就是「时间」。

　　更进一步说，我们都有事情一旦发生就无法挽回的体验。因为逝去的时间无法再追回，所以人们会后悔并体悟要珍惜「现在」的时间。这也是将时间比拟成人力无法撼动的大河流逝的原因。因此时间给人的「流动」印象，也可说是从这类日常经验所培养出来的。先不论时间是否真的有实体的流动，时间跟流动有密不可分的关系是无庸置疑。

　　所以我们可以轻易想像时间静止时的样子。简单想像一下，水龙头流出的水停在半空中，人就像走路姿态的人偶，汽车也定住在那个瞬间不动，彷彿是照片的一个拍摄瞬间的景象。然而这样想像未免太随便，如果没有时间，物体没有移动，光也静止的话，我们连影像都没办法看到。不对，更深入地说，没有时间的话，流动在神经细胞中的电流也会跟着停住，我们连看或思考都办不到。就算使用机械也是同理，当时间停止时，不仅是物体的运动，理论上来说连观测或记录都不可能，所以也无法识别时间。至少在我们可感知的范围，「时间」和「运动」必然共存。

　　如此一来，要回答「时间是什么？」这个问题的方法就是—仔细观察事物运动的状态。本书也会详细描述我们具备的常识性时间观，事实上早在三百年之前就建构而成，以经年累月地组成我们世界观的古老运动定律为基础。正因为我们对支撑着世界观之运动的理解和时间观并没有冲突，所以至今毫无疑问地接受时间观并认定其为真实。

　　不过，人们所观察到的自然法则并非绝对不变的真实。反而是为了能合理解释观察到的自然现象，说明也与时俱变。这和运动定律相同，历经三百年以上仍持续更新。

　　当时间和运动是不可分的情况下，自然法则的更新也会影响到时间观。因为时间是为了用来理解运动所做的假设，是最基本的原理之一。自然界中更深层的领域现身人前，以此为基础的运动定律每次更新时，我们对时间的认识也确实地在进化、更加深入。

　　特别是进入二十世纪后出现了数个新发现，大大改写原本简单直观的自然观，我们对时间的理解也有了飞跃性的进展。在迎向二十一世纪的当代，最先进的物理学正为人类史上第一次捕捉到时间真正本体而默默振奋。当中想让更多人能体验到这种热切的感觉，也是我提笔写这本书的理由。

　　「真实的时间」随着时代演进而逐渐明朗，它和我们日常生活中所描述的时间姿态差异甚大，却又与日常的时间观密不可分。要明白这一切，最好的方法就是思考各个时代发生了什么事，才能真正理解并接受时间的样貌。

　　因此透过这本书，我想让读者明白至今为止人类所知的「时间」本质以及对事物运动的理解；在读者理解运动定律的同时，也能体会到时间观如何变迁。我也尽可能以生活周遭事物为出发点，按照历史时序和理论进程来叙述，用浅显易懂的语句加以延伸，好让读者能真正感受到科学确实是一步一步在往前迈进。本书也尽量减少数学公式说明，以易读好懂为优先考量。

　　然而另一方面，因为主要以「时间」为主题，即便是极具魅力的内容也得含泪割舍。更何况，本书各章内容要详述书写的话，都能写上一两本书。所以这本书是定位为网罗性的知识，而非教科书，一边概观人类日积月累的重要原理和法则之间的关联性，同时为读者导览时间观的变迁。将来如果各位有更深入学习各个主题的机会时，能将此书提示的地图做为理解其他书籍的路标，就深感荣幸了。

　　前言至此，接下来要进入主题。为了先稳固基础，就从我们日常中描述的时间观来进一步思考吧。