物理学上时间是不是连续的?
√↘物理学上时间是不是连续的?
目前看来,物理学上的时间当然是连续的。
我知道有人会急着告诉我:请了解一下普朗克时间再发言。
但是,“普朗克时间”和“时间连不连续”其实没有任何关系。
你没看错,它们没有任何关系!
不要试图用量子力学否定时间的连续性,因为量子力学根本就没有否定时间的连续性。
相对论、量子力学、量子场论、粒子物理标准模型,所有这些有实验依据的物理理论都默认:时间是连续的。
不仅如此,把宇宙的维度增加到10维的超弦理论,也默认时间是连续的。
当然,认为时间不连续的理论也有,比如量子引力的圈变量理论,不过这些理论和弦理论一样,都仅仅只是理论而已,目前没有任何实验依据。
下面是本文的详细内容,主要有:
不要曲解量子力学
洛伦兹不变性
普朗克时间究竟是在说什么?
认为时间不连续的理论
不要曲解量子力学
每次提到:时间是不是连续的?空间是不是连续的?
都会有人搬出量子力学,他们对量子力学的理解基本上就是:一切都是量子化的(离散的)。
千万不要有上面这种想法,我们一定要知道:
相对论不是说一切都是相对的。
量子力学也不是说一切都是量子化的。
量子,确实可以理解成“最小单元”,比如电子带有的电荷量就是电荷量的“最小单元”,也可以说是电荷量的量子。
但是,我们一定要清楚地知道:
量子,是量子力学的研究对象,不是量子力学的研究结果。
量子力学是在研究量子,从某种角度讲,就是在研究电子。
所谓的“研究电子”,其实就是在描述电子的行为。
用“行为”这个词是因为电子并不像宏观世界的小颗粒一样,它没有运动轨迹,或者说不适合用“运动”这个词来形容电子。
描述电子的行为要用波函数,波函数和电子出现在某个位置的概率有关,这其实就是概率波,或者说是物质波。
上面这些内容,很多科普作品都说过,下面就来说一说很多人没说过的事。
波函数是连续的。
你没看错,波函数是连续的!
很多人会用“电子云”的这种图片去理解概率波,其实这种图片错得离谱,因为它给人一种“离散”的印象,而真正的概率波是连续的。
其实这就已经体现出量子力学中的空间是连续的,也就是说电子所在的位置可以连续取值。
当然,上面说的仅仅只是波函数的“位置表象”,只反映电子在不同位置出现的概率。其实波函数还有“动量表象”,反映电子拥有不同动量的概率,此时的波函数也是连续的,也就是说电子的动量也可以连续取值。
虽然没有从这里看出量子力学中的时间也是连续的,但是这已经很接近了,因为它引出了相空间体积的量子化。
也就是说,在量子力学中,相空间的体积有最小单元,而且这个最小单元就是普朗克常数。
注意,这里说的是相空间,不是我们熟悉的空间。
相空间可能有些麻烦,不过我们在这里不用管相空间到底是什么,我们只需要知道相空间的体积是位移乘以动量,或者是时间乘以能量,也就是作用量。
作用量、角动量、相空间的体积,它们都有相同的量纲,它们的量子都是普朗克常数。
这也就是说,在量子力学中:
位置和动量相乘以后的值不能连续变化,但是位置和动量各自是可以连续变化的。
时间和能量相乘以后的值不能连续变化,但是时间和能量各自是可以连续变化的。
这才是量子力学中的时间和空间,都是连续的。
洛伦兹不变性
其实时间和空间的连续性有着严格的理论支撑,简单地说,一切满足狭义相对论和量子力学的物理理论都必须保证洛伦兹不变性。
洛伦兹不变性其实就是说:
物理规律在洛伦兹变换之后保持不变。
这其实是相对论对于时空的要求,因为量子力学并没有管时空观,早期使用了经典力学的时空观,后期使用了狭义相对论的时空观。
想要保证洛伦兹不变性,就必须认为时间和空间是连续的。
为什么?
简单地说,离散的时空会破坏空间各向同性,也就是说:当我们把空间转过一个角度的时候,已经和原来的空间不同了。而洛伦兹不变性要求空间各向同性必须满足。
我们可以在一张圆形的纸上演示一下,如果空间是离散的,只能取有限的点,那么这些点应该怎么分布?
不管这些点如何分布,把这张纸转过一个角度,新的分布和旧的分布是不同的。
所以说,只要承认洛伦兹不变性,离散的时空就不能存在。
洛伦兹不变性是有实验依据的,一切验证相对论和量子力学的实验都可以证明洛伦兹不变性。而离散的时空,目前只是臆想,没有任何胜算。
普朗克时间究竟是在说什么?
普朗克时间、普朗克长度、普朗克质量、普朗克温度、……,它们统统都只是计量单位,和我们通常说的秒、米、千克、摄氏度、……是一个性质的东西。
它们源于一套单位制,普朗克单位制,属于一种自然单位制。
之所以要搞出这么一套奇怪的单位制,是为了简化物理公式的表达。我们可以先看一看质能方程:
里面的光速是一个常数,虽然是常数,但是使用不同的单位,光速的数值也会不同。比如光速可以是299792.458【千米/秒】,也可以是186282.397【英里/秒】。
普朗克单位制就是这样一种单位制,使用这种单位,光速是1【普朗克长度/普朗克时间】。
既然光速的数值是1,那在公式里面写不写都无所谓了,所以此时的质能方程可以写成:
在普朗克单位制里,不只是光速,引力常数、普朗克常数、……这些物理学基本常数的数值都是1,在公式里面都可以不写,这就简化物理公式的表达。
至于这一套单位制到底是怎么来的?
很简单,凑出来的。
就是用一些物理学基本常数凑出让这些常数等于1的单位。
也就是说普朗克时间本来就是个单位,没有任何物理意义。
它唯一的特点就是小,比人类目前能测量的最小时间间隔还要小很多。凭这一点根本就不能认为它是时间的最小间隔。
普朗克尺度唯一能和实际物理现象粘上边的就是施瓦西半径,具体细节有些麻烦,引出的话题基本上就是:
微观粒子的质量超过普朗克质量就会变成微型黑洞,无法再观测粒子的未来。
不过就算这是真的,这也只是在说微观粒子的性质,依然和时间本身连不连续没有关系。
当然,对于普朗克尺度还有一种说法:小于普朗克尺度的世界不能再用现有的物理框架描述,要用弦理论或圈变量理论描述。
就算这是真的,这依然和时间本身连不连续没有关系,因为弦理论本身就默认时间是连续的。
所以说,普朗克尺度的一切意义都只是猜测,而且不管这些猜测对不对,都和时间连不连续没有关系。
认为时间不连续的理论
这些理论都是前沿理论,并且都没有实验依据。
由于笔者不懂,所以只列举一下名字,有兴趣的读者可以看一看相关资料。
量子引力的圈变量理论
自旋网络理论
因果集几何
量子集合论
n范畴论
扭量理论
……
☮€物理学上时间是不是连续的?
不连续,如果有人告诉你连续,民科无疑。
至于为什么不连续,你没问,我暂且给你个路牌,叫“普朗克时间”。它是最小的时间单位,现行物理学框架下不允许小于普朗克时间的时间尺度。
─✂物理学上时间是不是连续的?
几乎所有的物理理论都将时间视为连续性的,这也是我们感知时间流动的方式。
时间流逝没有最小的“单位”。所有事件顺利进行,没有中断或打嗝进入下一时刻。
然而,一种称为圈量子引力的理论假设存在一个可能的最小时空单位。该单位将代表空间和持续时间的最小可能结构。
在这个理论中,我们认为平滑、连续的时间是一种从过去到未来的停顿的进程。
根据物理学家 Carlo Rovelli 1998 年在《Living Reviews of Relativity》杂志上发表的一篇文章,由于这种情况发生的持续时间非常短,它似乎是连续的,就像电影的帧一样。
▒➣物理学上时间是不是连续的?
实际上,关于时间是不是连续,和物质是不是可以无限分割,本质是同一个问题。
时间分割到普朗克时间就不可分割了?为什么?1/2普朗克时间是什么?
物质分割到夸克就不可分割了?为什么?夸克又是由什么构成的?
这就是数学上的无穷小无限趋近于零,但无穷小到底是不是零?零是无,无穷小再小也是有,无中生有是怎么实现的?数学对于无限分割和无穷小的解释很勉强。
这可以算是数学上面临的第四次危机,解决了,就是数学和物理学的共同跳跃式发展。
✈☭物理学上时间是不是连续的?
实际上,时间和空间本身是不存在的,人们为了计算力的变化,而对应设计了时间和空间两个坐标。时间和空间是否连续,实际上也要看力的变化是否连续。时间和空间与力的变化是三位一体的,人们假设了量子的存在,如果这种假设是对的,那么力的应变就不是连续的,同样时间和空间也不是连续的,而是看上去连续的断点。
从这点就可以看出,量子力学和经典力学几乎是二律背反的存在,然而实践证明他们都是对的,或者是部分正确的。
这和光的波粒二象性一样,我们这个世界,既是物质世界,也是力学世界,那么同理,时间和空间以及力的变化这三者,既表现出连续性,也同样表现出阶段性。
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