趣看丨这篇文章有50000年那么长

趣看丨这篇文章有50000年那么长
2020年05月23日 10:04 澎湃新闻

原标题:趣看丨这篇文章有50000年那么长

长期以来,人类一直在努力探索时间那难以捉摸的本质:时间是什么,如何记录时间,时间是如何控制生命的,以及它是否作为宇宙的基本组成而存在。这条时间线通过对文化、物理学、计时方法和生物学的观察历史来追踪我们对时间的理解。

约公元前50000年

文化

澳大利亚的第一批居民,也就是今天土著民族的祖先,被认为信奉一种永恒的自然观,即现在和过去紧密相连。例如,人们认为,祖先的灵魂会居住在活着的人身上。这些灵魂反映了很久以前的黄金时代,有时也被称为梦幻时代。

Shiftchange/Wikimedia Commons

约公元前8000年

文化&计时

在现在的苏格兰东部,一排由狩猎-采集者挖掘的12个坑被认为可能起到了利用月亮计时的作用。考古学家注意到坑的形状反映了月相的变化。考虑到农历月数不能完全地与一个太阳年相匹配,这可能会使历法每年都被“重置”。

Source for moon map: NASA

公元前1250年

计时

2013年在埃及帝王谷出土的日晷,是一块刻着标记的平坦砂岩石板。似乎是从那个时候开始,在古埃及,白天和夜晚各自被分为12个小时——尽管这些小时的长度会随着季节的变化而变化(夏季白天时间更长,冬季更短)。

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

公元前600年

文化

许多文明,包括古伊朗、古希腊和古罗马的文明,都把时间体现在一个神的身上,这个神常被称为克洛诺斯(Chronos)。克洛诺斯经常被描绘成一条长有翅膀的蛇,尽管在罗马文化中他表现出了一种更像人的形象。哲学家毕达哥拉斯,在公元前6世纪,将神克洛诺斯描述为宇宙的“灵魂”。

Source art: Chronos and His Child by Giovanni Francesco Romanelli

公元前500年

文化

当西方文化开始接受线性的时间概念时,许多其他文化仍然相信时间的轮回。例如,印度教和佛教采用了一种周期性的时间观,认为世界最终会回到原来的状态;没有什么是永恒的,甚至死亡只是重生和更新的通道。

公元前350年

物理

在物理学中,希腊思想家亚里士多德(Aristotle)提出了一个听起来相当现代的时间定义,称之为“相对于前后的可计算的运动的量度”。时间作为固定事件序列的这种观念一直保留到20世纪初爱因斯坦的工作为止。

时间有起点吗?亚里士多德拒绝接受这个概念,并认为时间是无限的。

Source photo: Delphotostock

公元前100年

文化&计时

中美洲的玛雅人发明了一种复杂的历法,它不仅能记录季节和月相变化,还能追踪金星何时出现在早晨或傍晚的天空中。玛雅人认为时间的流逝与人类密切相关。保持时间正常流动是人类共同的责任。

Source photo: Dmitry Mayatsky

公元前45年

文化&计时

古代天文学家认识到,每个月的天数并不完全相同(约29.5天),每年的月数或者天数也不完全相同,因此需要修改当时的计时方法。古罗马,在凯撒大帝的统治下,采用了365天的历法,但每隔四年会有一年的时间改为366天,从而产生了“闰年”。

约公元前55年的罗马挂历法斯蒂-安提斯-迈奥雷斯引入了闰月概念,这是儒略历闰年的前身。

1090年

计时

在中国,一个叫苏颂的官员建造了第一批机械钟,这是一个精心制作的水力计时器,后来被称为天文钟。他在一个巨大的轮子装了36个水桶,通过流水将桶装满,倒空,整个钟放在一座五层楼高的宝塔里。整套天文钟的建造花了十几年才完成。大约两个世纪后,欧洲才出现了机械钟。

1582年

文化&计时

即使是闰年,儒略历仍然会在134年里产生一天的误差。对罗马天主教会来说,这就造成了对复活节等重要圣日的时间安排的混乱,复活节从春天变到了夏天。在咨询了数学家和天文学家之后,教皇格里高利十三世实施了我们现在所称的公历,即每400年刨除3天。这个历法每3300年只产生一天的误差。

1650年

计时

任何时钟的核心都遵循一个机制--一个以规则的、可预测的方式循环的物理过程。伽利略可能是第一个提出用钟摆来做完成这项工作的人。他确定钟摆的摆动周期不随时间改变,他甚至打算利用这个原理制造钟表。但最早真正制造这种钟表的人是荷兰工匠,他们使用了天文学家克里斯蒂安·惠更斯(Christiaan Huygens)的设计。

1687年

物理

“绝对的、真实的、数学上的时间,就其本身和自身的性质而言,是均匀流逝的,”艾萨克·牛顿在他的杰作《原理》中写道。牛顿认为,即使我们的时钟可能是不完美的,真正的时间仍以稳定的速率流动,它充当着宇宙的主时钟。牛顿的定义与我们对时间的常识性印象相吻合——对每个人来说,时间的流逝速度都是一样的。

1729年

生物

古希腊已经人知道植物每天的循环现象,例如它们打开和关闭花瓣和花朵,但是18世纪的天文学家让·雅克·德奥尔托斯·德迈兰证明了植物不仅仅会对阳光做出反应。迈兰把含羞草放在一个黑暗的房间里好几天,注意到它们的周期性行为持续存在,“就像植物能感觉到太阳一样”。

1824年

物理

法国科学家萨迪·卡诺证明了任何内燃机的效率都有一个上限,由此引出了热力学第二定律。这个定律大致上说,在一个封闭的系统中,熵(无序的程度)必须一直增加。事实上,系统会越来混乱,但从来没有按照相反方式变化的过程,这似乎给时间提供了方向性。

1884年

计时

直到19世纪初,人们都是根据太阳来设置时钟的,这意味着不同的城市保持着不同的本地时间。但随着高速列车的兴起,不同时区里时间的混乱变得令人无法忍受。出生于苏格兰的工程师桑德福德·弗莱明建议将世界划分为24个时区,每个时区跨越15度经度。批判学家们认为这个想法只是一个乌托邦,但他的“标准时间”计划最终被华盛顿国际子午线会议采纳。

1895年

文化&物理

英国作家 H.G.威尔斯出版了小说《时光机器》,这本小说常被称为第一部现代时间旅行小说。尽管这本书比爱因斯坦的相对论早了整整十年,但它把时间视为独立于空间三维的第四维度,这与爱因斯坦物理学中对时间的理解相似。主人公穿越到了数千年甚至数百万年的未来,又回到了他在维多利亚时代的英国的出发点。

1905年

物理

爱因斯坦在狭义相对论中指出,宇宙不可能像牛顿所想象的那样有“主钟”。相反,时间的测量取决于每个观察者的运动。一个例外是光速,大家都认为光速是不变的(大约300000公里每秒)。这一理论还暗示,光速是宇宙的终极速度极限。

1907年

物理

在爱因斯坦的狭义相对论发表之后,人们意识到空间和时间是紧密相连的。德国数学家赫尔曼·明科夫斯基(Hermann Minkowski)是爱因斯坦的老师之一,他描述了由此产生的四维时空:虽然空间和时间是相对的,但时空中的间隔是绝对的。在1908年的一次演讲中,他宣称:“从今以后,空间本身,时间本身,注定会消失成光影,唯有两者结合才能保持一个独立的现实。”

1915年

物理

爱因斯坦在其广义相对论中指出,空间和时间可以被重力扭曲(事实上,该理论将重力描述为时空扭曲)。狭义相对论只适用于匀速运动的物体,而广义相对论也适用于加速物体。这一理论预言了引力波和黑洞的存在,这两种现象现在都已被观测证实。

1916年

物理

爱因斯坦解出广义相对论方程几个月后,德国物理学家卡尔·施瓦茨柴尔德(Karl Schwarzschild)得到一个特殊的解。但他的解有一个令人惊讶的含义:如果一个物体的所有质量都能压缩到一个临界半径)内,它将经历灾难性的、不可阻挡的崩塌,产生一个表面引力场非常强的物体,任何东西——甚至光——都无法逃脱。我们现在称这种物体为黑洞。

1928年

物理

为什么时间似乎只朝一个方向流动?英国物理学家阿瑟·埃丁顿称之为“时间之箭”,他认为它与熵有某种联系。埃丁顿写道:“如果我们沿着箭头走,我们会发现越来越多的随机元素,那么箭头指向未来;如果随机元素减少时间箭头则指向过去。这是物理学所知的唯一区别。”

1929年

物理

美国天文学家埃德温·哈勃和米尔顿·休马森利用洛杉矶郊外的100英寸望远镜的观测结果表明,星系离地球越远,它们远离我们的速度越快。这一发现为我们现在所说的宇宙大爆炸模型铺平了道路——我们周围看到的所有物质和能量曾经集中在一个更小的空间。这意味着宇宙——可能还有时间本身——有了一个开端。

1954年

生物

德国动物学家古斯塔夫克莱默假设,许多动植物都有一种内部时钟控制其生物节律。他认为这与鸟类和蜜蜂用来导航的“太阳罗盘”有关。他克劳斯·霍夫曼的进一步实验表明,这些周期约为24小时的“昼夜节律”实际上确实有助于鸟类导航。

1964年

物理

两位美国科学家——物理学家阿诺·彭齐亚斯射电天文学家罗伯特·威尔逊——在新泽西州霍姆德尔的贝尔实验室用无线电天线发现了一种神秘的布满天空的辐射。这种辐射很快被认为是“宇宙微波背景辐射”,有时被描述为大爆炸的回声。大爆炸是否应该被认为是时间的开始仍在争论之中。一些宇宙学家认为宇宙经历了膨胀和收缩的循环。

1967年

物理&计时

几个世纪以来,1秒被定义为1天的1/86,400。但是原子钟非常精确,以至于它们揭示了地球自转的不规则性。现在很明显,由于气候和地质过程以及潮汐摩擦,一天的长度会发生微小变化。换句话说,原子被发现比行星运动更适合计时。1秒被重新定义为铯某一同位素发生9192631770次振动持续的时间。

1971年

物理

当载有相同原子钟的商用客机在世界各地飞行两次——先向东,然后向西——并将结果与留在地面上的相同原子钟进行比较。由此产生的差异,被称为时间膨胀,这种差异非常小(不到百万分之一秒),但很容易被原子钟测量,结果与爱因斯坦的狭义和广义相对论的结果一致。

1972年

生物

由芝加哥的罗伯特·摩尔和维克多·艾克勒以及伯克利的弗里德里希·斯蒂芬和欧文·祖克领导的两组科学家发现了控制昼夜节律的大脑区域。关键结构是视交叉上核(SCN),它处理来自视网膜的关于亮和暗的信息。后来在老鼠身上的研究发现,SCN的损伤破坏了动物的节律——SCN移植可以恢复节律。

1988年

物理&文化

英国物理学家史蒂芬·霍金出版了一本关于时间、空间和宇宙的畅销书《时间简史》。霍金确定了三个不同的“时间箭头”:一个心理箭头(支撑我们对过去的记忆和我们对未来的想象),一个热力学箭头(熵增加的方向)和一个宇宙学箭头(宇宙大小增加的方向)。

1989年

生物

一位名叫斯特凡尼亚·福利尼的意大利妇女从新墨西哥州的一个山洞里走出来,她在那里度过了130天,期间与外界没有任何接触,也没有钟表。实验开始后不久,她的睡眠-情形周期从24小时变为25小时;到最后是36小时。130天之后,她估计大约只过了60天。关于我们的身体是如何感受时间的,还有很多东西研究,但这样的实验表明,我们的内部时钟并不完全等效于机械钟表。

2009年

物理

在一篇颇有影响力的论文中,诺亚·林登,桑杜·波普斯库,托尼·肖特和安德烈亚斯·安德里亚斯认为时间之箭可以用量子纠缠来解释。当一个物理系统与周围环境纠缠在一起时,它会向平衡点靠近,而这种单向演化决定了时间之箭的方向。这个团队的工作建立在塞思·劳埃德在1988年博士论文中提出的想法之上。

2013年

物理

研究引力量子理论的研究人员已经开始怀疑空间和时间都不是宇宙的基本性质。物理学家胡安·马尔达西纳和伦纳德·苏斯金德在2013年提出了一个关键的想法,他们假设量子纠缠和虫洞之间是等价的。这个想法有时被称为ER=EPR,EPR理论最早源于在1935年爱因斯坦和他的合作者发表的两篇论文。如果这是真的,那就意味着量子相互作用缝合了时空结构。

2015年

物理&计时

物理学家叶俊杰领导的一个研究小组研制出迄今为止最精确的原子钟。它被称为锶晶格钟,它记录了锶-87原子的振动。如果这样一个钟从大爆炸那一刻起就一直在运转,它的误差不会超过一秒钟。锶晶格钟现在被用来测量基本物理过程,可以作为暗物质探测器。

2018年

生物

由阿尔伯特·曹领导的挪威科学家小组在大脑中发现了一个细胞网络,它似乎在将关于时间流逝的意识与记忆的形成联系起来方面起着至关重要的作用。在白鼠身上进行的这项研究表明,与海马体相邻的一个叫做内嗅外侧皮质的大脑区域内的某些细胞群通过“利用海马体存储事件,位置和时间的统一表示”来编码片段的记忆。

文 | Quanta Magazine

宇宙广义相对论
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