时间是我们认为有规律和不变的少数事物之一。但它真的如此恒定吗?我们来看看时间物理学。

人们很容易在时间的复杂性中迷失

时间是相对的?

爱因斯坦的狭义相对论揭示了时间流动的经验是与观察者及其处境相关的。此前，艾萨克·牛顿的工作假设存在一个“主时钟”，使整个宇宙的时间保持同步。人们并不认为这个时钟真的存在，但这个概念让牛顿的方程得以成立。根据互联网哲学百科全书(Encyclopedia of Philosophy)的说法，关键的想法是，所有的观察者都可以在完全相同的时间点达成一致。

然而，在他之前的工作的基础上，爱因斯坦发现时间的流逝是相对的。在狭义相对论中，移动的时钟运行缓慢;你在空间中移动得越快，你在时间中前进得就越慢。你越接近光速，这种效应就越大。

图释：爱因斯坦在他的狭义相对论中表明，两个观察者不能就同时发生的事件达成一致。这可以从这张图中理解。左边是一节车厢，里面坐着一个叫爱丽丝的人。爱丽丝打开车厢中间的一盏灯，观察同时到达车厢两端T2的光束。在右边，我们从鲍勃的角度看到了站台上火车以速度v驶过的场景，他看到了两束光束同时发射，就像爱丽丝一样。但是，由于列车向右行驶，在T1 < T2时刻，列车尾部首先拦截向左的灯。与此同时，在T3 >t1时刻，灯光照射到列车前部的时间要长一些。从鲍勃的角度来看，爱丽丝看到的同时发生的事件一个接一个地发生。(图片来源:马克·加利克/科学图片库via Getty Images)

在爱因斯坦首次提出这一概念的几十年里，物理学家们进行了多次测量，证明了这一效应。喷气式飞机上的原子钟比地面上的原子钟滴答作响的速度要慢。一种被称为介子的亚原子粒子存在的时间不够长，不足以从大气(宇宙射线撞击空气分子时产生的介子)传播到地面。但因为介子以接近光速的速度传播，从我们的角度来看，它们似乎存在的时间更长，从而使它们能够完成它们的旅程。

当爱因斯坦发展他的广义相对论时，他将这个被称为“时间膨胀”的概念扩展到涉及重力的情况。强大的引力的存在也减缓了时间的流逝,所以一个时钟在强大的重力(例如,在地球的表面或靠近黑洞)将蜱虫以较慢的速度比一个时钟在中间的空间,根据物理学家克里斯托弗·s·贝尔德。

时间旅行可能吗?

穿越到未来不仅是允许的，而且是强制性的。事实上，每一秒过去，我们都在朝着自己的未来前进。21、未来是不可避免的，无法逃避的。但相对论的现实表明，时间上的“跳跃”是完全可以接受的。

如果一对双胞胎乘坐火箭飞船出发，并以接近光速的速度飞行数年，当他们返回地球时，他们的年龄将比他们在地球上的双胞胎要小。据《宇宙》杂志报道，尽管在宇宙飞船上可能只过去了几年，但在地球上可能已经过去了几十年甚至几个世纪，这取决于火箭飞行的速度。在现实生活中的一个例子中，美国宇航局宇航员斯科特·凯利经历的时间比他的孪生兄弟马克少几毫秒(斯科特也比他小六分钟)，这是因为他在太空中待的时间更长，飞行速度约为17500英里/小时(28100公里/小时)，根据Live Science的姐妹网站Space.com。

时间在空间中流逝的方式不同:你在空间中移动得越快，你在时间中前进的速度就越慢

但穿越到过去似乎是被禁止的——至少在所有的实验和观测中是这样的。首先，这种可能性引发了各种令人不安的问题，比如著名的祖父悖论:如果你回到过去杀死了自己的祖父，会发生什么:你不存在，所以你不可能回到过去犯下罪行。

第二，在物理学中还没有已知的机制允许时间倒流。虽然广义相对论可以构建特定的时间旅行场景，但这些场景需要的实体似乎并不存在于我们的宇宙中(比如负质量的物质，或无限长的圆柱体)。

然而，物理学家目前还不能完全理解为什么穿越到过去是被禁止的。

时间可以倒转吗?

物理学家用来理解自然界的几乎所有定律和方程在时间上都是对称的。这意味着它们可以在不改变任何结果的情况下被逆转。例如，如果你在没有任何其他背景的情况下观看一个球上升和下降的视频，你将无法分辨视频是正播放还是反播放。

然而，物理学有一个方面似乎确实尊重时间的流动:熵的概念，它是一个系统无序的度量。根据热力学第二定律，在一个封闭的系统中，熵总是上升的，而且这种变化是不可逆转的。

根据斯坦福哲学百科全书，物理学家不知道是熵的增长导致了时间的“箭头”，还是这只是一个巧合。

时间是离散的还是连续的?

几乎所有的物理理论都将时间视为连续体，这也是我们对时间流动的理解。时间的流逝没有最小的“单位”。所有的事件都顺利地进行，没有中断或中断。

然而，量子引力的一个理论，被称为环圈量子引力，假设存在一个可能的最小时空单位。这个单位将代表空间和时间的最小可能延伸。在这个理论中，我们所认为的平滑、连续的时间实际上是一个从过去到未来的断断续续的、定格的过程。但是，根据物理学家Carlo Rovelli 1998年发表在《相对论评论》杂志上的一篇文章，由于这种现象发生的时间如此之短，所以它似乎是连续的，就像电影的框架混合在一起一样。