趣看丨這篇文章有50000年那麼長
2020年05月23日10:04

原標題:趣看丨這篇文章有50000年那麼長

長期以來,人類一直在努力探索時間那難以捉摸的本質:時間是什麼,如何記錄時間,時間是如何控製生命的,以及它是否作為宇宙的基本組成而存在。這條時間線通過對文化、物理學、計時方法和生物學的觀察歷史來追蹤我們對時間的理解。

約公元前50000年

文化

澳州的第一批居民,也就是今天土著民族的祖先,被認為信奉一種永恒的自然觀,即現在和過去緊密相連。例如,人們認為,祖先的靈魂會居住在活著的人身上。這些靈魂反映了很久以前的黃金時代,有時也被稱為夢幻時代。

Shiftchange/Wikimedia Commons

約公元前8000年

文化&計時

在現在的蘇格蘭東部,一排由狩獵-採集者挖掘的12個坑被認為可能起到了利用月亮計時的作用。考古學家注意到坑的形狀反映了月相的變化。考慮到農曆月數不能完全地與一個太陽年相匹配,這可能會使曆法每年都被“重置”。

Source for moon map: NASA

公元前1250年

計時

2013年在埃及帝王穀出土的日晷,是一塊刻著標記的平坦砂岩石板。似乎是從那個時候開始,在古埃及,白天和夜晚各自被分為12個小時——儘管這些小時的長度會隨著季節的變化而變化(夏季白天時間更長,冬季更短)。

Photo: Matjaz Kacicnik/University of Basel Kings’ Valley Project

公元前600年

文化

許多文明,包括古伊朗、古希臘和古羅馬的文明,都把時間體現在一個神的身上,這個神常被稱為克洛諾斯(Chronos)。克洛諾斯經常被描繪成一條長有翅膀的蛇,儘管在羅馬文化中他表現出了一種更像人的形象。哲學家畢達哥拉斯,在公元前6世紀,將神克洛諾斯描述為宇宙的“靈魂”。

Source art: Chronos and His Child by Giovanni Francesco Romanelli

公元前500年

文化

當西方文化開始接受線性的時間概念時,許多其他文化仍然相信時間的輪迴。例如,印度教和佛教採用了一種週期性的時間觀,認為世界最終會回到原來的狀態;沒有什麼是永恒的,甚至死亡只是重生和更新的通道。

公元前350年

物理

在物理學中,希臘思想家亞里士多德(Aristotle)提出了一個聽起來相當現代的時間定義,稱之為“相對於前後的可計算的運動的量度”。時間作為固定事件序列的這種觀念一直保留到20世紀初愛因斯坦的工作為止。

時間有起點嗎?亞里士多德拒絕接受這個概念,並認為時間是無限的。

Source photo: Delphotostock

公元前100年

文化&計時

中美洲的瑪雅人發明了一種複雜的曆法,它不僅能記錄季節和月相變化,還能追蹤金星何時出現在早晨或傍晚的天空中。瑪雅人認為時間的流逝與人類密切相關。保持時間正常流動是人類共同的責任。

Source photo: Dmitry Mayatsky

公元前45年

文化&計時

古代天文學家認識到,每個月的天數並不完全相同(約29.5天),每年的月數或者天數也不完全相同,因此需要修改當時的計時方法。古羅馬,在凱撒大帝的統治下,採用了365天的曆法,但每隔四年會有一年的時間改為366天,從而產生了“閏年”。

約公元前55年的羅馬掛曆法斯蒂-安提斯-邁奧雷斯引入了閏月概念,這是儒略曆閏年的前身。

1090年

計時

在中國,一個叫蘇頌的官員建造了第一批機械鍾,這是一個精心製作的水力計時器,後來被稱為天文鍾。他在一個巨大的輪子裝了36個水桶,通過流水將桶裝滿,倒空,整個鍾放在一座五層樓高的寶塔里。整套天文鍾的建造花了十幾年才完成。大約兩個世紀後,歐洲才出現了機械鍾。

1582年

文化&計時

即使是閏年,儒略曆仍然會在134年里產生一天的誤差。對羅馬天主教會來說,這就造成了對復活節等重要聖日的時間安排的混亂,復活節從春天變到了夏天。在諮詢了數學家和天文學家之後,教皇格里高利十三世實施了我們現在所稱的公曆,即每400年刨除3天。這個曆法每3300年只產生一天的誤差。

1650年

計時

任何時鍾的核心都遵循一個機製--一個以規則的、可預測的方式循環的物理過程。伽利略可能是第一個提出用鍾擺來做完成這項工作的人。他確定鍾擺的擺動週期不隨時間改變,他甚至打算利用這個原理製造鍾表。但最早真正製造這種鍾表的人是荷蘭工匠,他們使用了天文學家克里斯蒂安·惠更斯(Christiaan Huygens)的設計。

1687年

物理

“絕對的、真實的、數學上的時間,就其本身和自身的性質而言,是均勻流逝的,”艾薩克·牛頓在他的傑作《原理》中寫道。牛頓認為,即使我們的時鍾可能是不完美的,真正的時間仍以穩定的速率流動,它充當著宇宙的主時鍾。牛頓的定義與我們對時間的常識性印象相吻合——對每個人來說,時間的流逝速度都是一樣的。

1729年

生物

古希臘已經人知道植物每天的循環現象,例如它們打開和關閉花瓣和花朵,但是18世紀的天文學家讓·雅克·德奧爾托斯·德邁蘭證明了植物不僅僅會對陽光做出反應。邁蘭把含羞草放在一個黑暗的房間里好幾天,注意到它們的週期性行為持續存在,“就像植物能感覺到太陽一樣”。

1824年

物理

法國科學家薩迪·卡諾證明了任何內燃機的效率都有一個上限,由此引出了熱力學第二定律。這個定律大致上說,在一個封閉的系統中,熵(無序的程度)必須一直增加。事實上,系統會越來混亂,但從來沒有按照相反方式變化的過程,這似乎給時間提供了方向性。

1884年

計時

直到19世紀初,人們都是根據太陽來設置時鍾的,這意味著不同的城市保持著不同的本地時間。但隨著高速列車的興起,不同時區里時間的混亂變得令人無法忍受。出生於蘇格蘭的工程師桑德福德·弗萊明建議將世界劃分為24個時區,每個時區跨越15度經度。批判學家們認為這個想法只是一個烏托邦,但他的“標準時間”計劃最終被華盛頓國際子午線會議採納。

1895年

文化&物理

英國作家 H.G.威爾斯出版了小說《時光機器》,這本小說常被稱為第一部現代時間旅行小說。儘管這本書比愛因斯坦的相對論早了整整十年,但它把時間視為獨立於空間三維的第四維度,這與愛因斯坦物理學中對時間的理解相似。主人公穿越到了數千年甚至數百萬年的未來,又回到了他在Victoria時代的英國的出發點。

1905年

物理

愛因斯坦在狹義相對論中指出,宇宙不可能像牛頓所想像的那樣有“主鍾”。相反,時間的測量取決於每個觀察者的運動。一個例外是光速,大家都認為光速是不變的(大約300000公里每秒)。這一理論還暗示,光速是宇宙的終極速度極限。

1907年

物理

在愛因斯坦的狹義相對論發表之後,人們意識到空間和時間是緊密相連的。德國數學家赫爾曼·明科夫斯基(Hermann Minkowski)是愛因斯坦的老師之一,他描述了由此產生的四維時空:雖然空間和時間是相對的,但時空中的間隔是絕對的。在1908年的一次演講中,他宣稱:“從今以後,空間本身,時間本身,註定會消失成光影,唯有兩者結合才能保持一個獨立的現實。”

1915年

物理

愛因斯坦在其廣義相對論中指出,空間和時間可以被重力扭曲(事實上,該理論將重力描述為時空扭曲)。狹義相對論只適用於勻速運動的物體,而廣義相對論也適用於加速物體。這一理論預言了引力波和黑洞的存在,這兩種現像現在都已被觀測證實。

1916年

物理

愛因斯坦解出廣義相對論方程幾個月後,德國物理學家卡爾·施瓦茨柴爾德(Karl Schwarzschild)得到一個特殊的解。但他的解有一個令人驚訝的含義:如果一個物體的所有質量都能壓縮到一個臨界半徑)內,它將經曆災難性的、不可阻擋的崩塌,產生一個表面引力場非常強的物體,任何東西——甚至光——都無法逃脫。我們現在稱這種物體為黑洞。

1928年

物理

為什麼時間似乎只朝一個方向流動?英國物理學家阿瑟·埃丁頓稱之為“時間之箭”,他認為它與熵有某種聯繫。埃丁頓寫道:“如果我們沿著箭頭走,我們會發現越來越多的隨機元素,那麼箭頭指向未來;如果隨機元素減少時間箭頭則指向過去。這是物理學所知的唯一區別。”

1929年

物理

美國天文學家埃德溫·哈勃和米爾頓·休馬森利用洛杉磯郊外的100英吋望遠鏡的觀測結果表明,星系離地球越遠,它們遠離我們的速度越快。這一發現為我們現在所說的宇宙大爆炸模型鋪平了道路——我們周圍看到的所有物質和能量曾經集中在一個更小的空間。這意味著宇宙——可能還有時間本身——有了一個開端。

1954年

生物

德國動物學家古斯塔夫克萊默假設,許多動植物都有一種內部時鍾控製其生物節律。他認為這與鳥類和蜜蜂用來導航的“太陽羅盤”有關。他克勞斯·霍夫曼的進一步實驗表明,這些週期約為24小時的“晝夜節律”實際上確實有助於鳥類導航。

1964年

物理

兩位美國科學家——物理學家阿諾·彭齊亞斯射電天文學家羅伯特·威爾遜——在新澤西州霍姆德爾的貝爾實驗室用無線電天線發現了一種神秘的佈滿天空的輻射。這種輻射很快被認為是“宇宙微波背景輻射”,有時被描述為大爆炸的回聲。大爆炸是否應該被認為是時間的開始仍在爭論之中。一些宇宙學家認為宇宙經曆了膨脹和收縮的循環。

1967年

物理&計時

幾個世紀以來,1秒被定義為1天的1/86,400。但是原子鐘非常精確,以至於它們揭示了地球自轉的不規則性。現在很明顯,由於氣候和地質過程以及潮汐摩擦,一天的長度會發生微小變化。換句話說,原子被發現比行星運動更適合計時。1秒被重新定義為銫某一同位素發生9192631770次振動持續的時間。

1971年

物理

當載有相同原子鐘的商用客機在世界各地飛行兩次——先向東,然後向西——並將結果與留在地面上的相同原子鐘進行比較。由此產生的差異,被稱為時間膨脹,這種差異非常小(不到百萬分之一秒),但很容易被原子鐘測量,結果與愛因斯坦的狹義和廣義相對論的結果一致。

1972年

生物

由芝加哥的羅伯特·摩爾和維克多·艾克勒以及伯克利的弗里德里希·斯蒂芬和歐文·祖克領導的兩組科學家發現了控製晝夜節律的大腦區域。關鍵結構是視交叉上核(SCN),它處理來自視網膜的關於亮和暗的信息。後來在老鼠身上的研究發現,SCN的損傷破壞了動物的節律——SCN移植可以恢復節律。

1988年

物理&文化

英國物理學家史蒂芬·霍金出版了一本關於時間、空間和宇宙的暢銷書《時間簡史》。霍金確定了三個不同的“時間箭頭”:一個心理箭頭(支撐我們對過去的記憶和我們對未來的想像),一個熱力學箭頭(熵增加的方向)和一個宇宙學箭頭(宇宙大小增加的方向)。

1989年

生物

一位名叫斯特凡尼亞·福利尼的意大利婦女從新墨西哥州的一個山洞里走出來,她在那裡度過了130天,期間與外界沒有任何接觸,也沒有鍾表。實驗開始後不久,她的睡眠-情形週期從24小時變為25小時;到最後是36小時。130天之後,她估計大約只過了60天。關於我們的身體是如何感受時間的,還有很多東西研究,但這樣的實驗表明,我們的內部時鍾並不完全等效於機械鍾表。

2009年

物理

在一篇頗有影響力的論文中,諾亞·林登,桑杜·波普斯庫,托尼·肖特和安德烈亞斯·安德里亞斯認為時間之箭可以用量子糾纏來解釋。當一個物理系統與周圍環境糾纏在一起時,它會向平衡點靠近,而這種單向演化決定了時間之箭的方向。這個團隊的工作建立在塞思·勞埃德在1988年博士論文中提出的想法之上。

2013年

物理

研究引力量子理論的研究人員已經開始懷疑空間和時間都不是宇宙的基本性質。物理學家胡安·馬爾達西納和倫納德·蘇斯金德在2013年提出了一個關鍵的想法,他們假設量子糾纏和蟲洞之間是等價的。這個想法有時被稱為ER=EPR,EPR理論最早源於在1935年愛因斯坦和他的合作者發表的兩篇論文。如果這是真的,那就意味著量子相互作用縫合了時空結構。

2015年

物理&計時

物理學家葉俊傑領導的一個研究小組研製出迄今為止最精確的原子鐘。它被稱為鍶晶格鍾,它記錄了鍶-87原子的振動。如果這樣一個鍾從大爆炸那一刻起就一直在運轉,它的誤差不會超過一秒鍾。鍶晶格鍾現在被用來測量基本物理過程,可以作為暗物質探測器。

2018年

生物

由阿爾伯特·曹領導的挪威科學家小組在大腦中發現了一個細胞網絡,它似乎在將關於時間流逝的意識與記憶的形成聯繫起來方面起著至關重要的作用。在白鼠身上進行的這項研究表明,與海馬體相鄰的一個叫做內嗅外側皮質的大腦區域內的某些細胞群通過“利用海馬體存儲事件,位置和時間的統一表示”來編碼片段的記憶。

文 | Quanta Magazine

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