解密時間本質的45堂物理課：從相對論、量子跳躍、時間旅行了解宇宙奧祕

前言

「沒時間了。」
「我今天有時間～」
「那我想辦法挪時間出來。」
「請問可以稍微占用您一點時間嗎？」

我們每個人平常都下意識地使用這類說法。
但若仔細思考，大家常說的「沒時間」到底是什麼意思呢。
沒有任何人能夠憑空「創造」時間，時間也無法真的相互借貸。話又說回來，時間真的會存在或消失嗎？
雖然本書之後將會更仔細地講解，但這裡先劇透一下，在物理學上，時間其實是一種「標記」。不如說，它不過就是一種標記。
物理學透過物體在何時、何處、如何運動來確定物體的位置。而時間就是用來表達「何時」的標記。
比如，我的專長是宇宙論，並以「宇宙結構是如何形成」作為研究主題。
宇宙約在距今138億年前誕生，而且已知138這個數字幾乎沒有誤差。
然後——這點同樣稍後也會詳細介紹——在宇宙誕生的1奈秒（10億分之1秒）、1微秒（100萬分之1秒）、1毫秒（1000分之1秒）以及1秒後都發生了些什麼事，也幾乎已經被科學家摸清。而用於描述這個「事件發生順序」的標籤，就是時間。
宇宙誕生後的第1秒鐘內發生了非常非常多的事情。而在之後的1分鐘內也同樣發生了很多事，然後下一個巨大的變化依序發生在數分鐘、數天、數十萬年、1億年之後……變化發生的間隔愈來愈大。
起初宇宙的狀態以毫秒為單位瞬息萬變，之後變化的速度變成以秒為單位，然後變成以天為單位，接著以年為單位、萬年為單位、億年為單位。
像這樣綜觀宇宙的演化過程，會發現我們現在體驗到的時間（可以用時鐘計量的時間）雖然是均勻的流動，但在宇宙的早期階段，時間的流動方式卻完全不一樣。早期的宇宙就是這麼忙碌。
對現在的我們來說，1秒是非常短暫，瞬間就過去的時間。比如，現在的宇宙跟上一秒的宇宙有什麼巨大的差異嗎？恐怕我們什麼差異也感受不到。
然而在早期宇宙，所有事物都以非常非常快的速度演變，1秒鐘內可以發生的事情多得驚人。
研究宇宙論後便會發現，愈是回溯到宇宙的早期階段，事件的時間單位就變得愈短，雖然同樣都是1秒鐘，但早期宇宙的1秒跟我們直覺認知中的1秒完全不一樣。這便讓我陷入一種奇妙的感覺，開始懷疑時間到底是什麼。

時間不是只有時鐘上的時間

說起來，時間本身就是一種很奇妙的東西。
研究物理學，很容易認為所有的時間都像原子鐘所顯示的時間，是以一定規律精準流動的物理學時間，但人們實際的感受卻不是如此。
這世界除了物理學時間外，還存在著心理上的時間，就好比我們跟某些人待在一起，或是從事某些活動時會感覺時間跑得特別慢或特別快。
對於物理學時間，無論是1秒、1分鐘、還是1年，都是以相同的速度在流逝，本質完全相同，只是時間長度不同。然而，人類的感受卻有很大的不同。如果你盯著時鐘的秒針轉一圈走回原點，可能會感覺1分鐘過得很慢；但另一方面，當我們回顧1年前發生的事，卻常常會感慨「距離當時已經過了1年了嗎，時間過得真快」，讓人感覺1年好像一下子就過去了。

此外，我們雖然可以感知自己活著時的時間流動，卻無法感知自己出生前的時間流逝。比如，雖然我們可以收集各種證據來推測1000年前發生過什麼事，卻沒有任何人能夠親自感受1000年前到現在的時間流逝。
在研究宇宙論時也一樣，由於宇宙誕生已經是138億年前的事情，所以「1億年前」常常讓我感覺只是最近才發生的事。就跟人們的年紀逐漸增長後，會漸漸覺得1年前就像是「不久前」一樣。
研究長達138億年的宇宙歷史，也會讓人感覺1億年就像1年，100億年就像100年。然而，我當然沒有實際感受過100億年到底是多久，所以也不可能像親自體驗過一樣在真正意義上感受到100億年這段時間。100億年對我而言只不過是一個數字罷了。

時間在未來也會永遠存在嗎？
說到底，時間又是如何誕生的？
時間為什麼會誕生？
時間究竟是什麼呢——？

儘管曾有物理學家試圖直面挑戰這些包裹在迷霧中的問題，但每個人的想法都各不相同，至今仍然未有定論。
可見時間的意義會隨著觀點而改變，具有各種層面的多樣性。
時間的不可理解性，在哲學家和心理學家眼中充滿了吸引力，成為這2個領域的重要主題。

在這本書中，我們將從各種角度審視時間這個概念，探討：
物理學家如何看待時間（第1章）
連綿至今的時間是從哪裡開始的（第2章）
時間的終點，乃至宇宙的終點會如何到來（第3章）
計量時間的工具是如何改變我們的生活（第4章）
「1天24小時」這件事是永恆不變的嗎（第5章）
這幾個問題。

透過這些問題的討論，你應該會發現時間並非永恆不變的存在，也不是永遠朝著同一方向流動的存在。事實上在物理學中，就連「時間是從過去流向未來」這件事也並非不證自明的。
希望在閱讀本書的過程中，你能切身感受到以往感覺理所當然的時間流逝其實並非如此理所當然，並享受到對時間的概念產生動搖的樂趣。

前言

「沒時間了。」
「我今天有時間～」
「那我想辦法挪時間出來。」
「請問可以稍微占用您一點時間嗎？」

我們每個人平常都下意識地使用這類說法。
但若仔細思考，大家常說的「沒時間」到底是什麼意思呢。
沒有任何人能夠憑空「創造」時間，時間也無法真的相互借貸。話又說回來，時間真的會存在或消失嗎？
雖然本書之後將會更仔細地講解，但這裡先劇透一下，在物理學上，時間其實是一種「標記」。不如說，它不過就是一種標記。
物理學透過物體在何時、何處、如何運動來確定物體的位置。而時間就是用來表達「何時」的標記。
...

前言

第1章　「物理學」的時間——物理學家如何看待時間
被霍金收回的「時間逆流說」
時間的流動是錯覺嗎——「波茲曼大腦」「5分鐘假設」
牛頓提出的「絕對時間論」
熵增是時間的本質嗎？
愛因斯坦發現的時間
愛因斯坦跟哲學家柏格森的世紀對決
相對論也在宇宙觀測中得到印證——「重力透鏡現象」
量子論發現「時間會跳躍」
統合相對論與量子論的理論所預言的時間
＜專欄＞所有事物分割到最後都會變為基本粒子

第2章　時間的「起點」——即是宇宙的起點
時間開始之時
宇宙誕生的「1普朗克時間」後——微觀宇宙誕生
宇宙誕生到第10的負34次方秒前——宇宙急速膨脹
宇宙誕生的第10的負34次方秒後——大霹靂
宇宙誕生的第2.3×10的負11次方秒後——粒子的孿生兄弟消失
宇宙誕生的第10萬分之1秒後——質子和中子產生
宇宙誕生的1秒後——正子消失，只留下電子
宇宙誕生的100秒後——原子核開始形成
＜專欄＞大霹靂一名其實是反對者為諷刺而取
宇宙誕生的37萬年後——原子產生
宇宙誕生的2億〜4億年後——第一個恆星誕生
宇宙誕生的92億年後——太陽系誕生
為什麼知道宇宙的年齡是「138億歲」？
如果時間在這個宇宙誕生前就存在的話
宇宙月曆………91

第3章　時間的「終點」——宇宙會終結嗎
宇宙的終結方式
也許，宇宙明天就會終結
宇宙今後1400億年都會平安無事
宇宙與時間的命運掌握了未知的物體手上
發現宇宙膨脹的人其實不是哈伯
＜專欄＞宇宙還在繼續膨脹，為什麼星系卻在融合
隱形物質暗物質的發現契機
暗物質的真面目依然成謎
暗能量更加撲朔迷離
最先提出暗能量的人是愛因斯坦!?
永不終結的宇宙存在嗎
地球會如何終結

第4章　時間的「工具」——時鐘改變了人們的生活
利用自然循環計時——日晷、水鐘、沙漏、火鐘
創造不變的周期來計時——機械鐘
＜專欄＞應對時間隨季節變化的日式時鐘
利用自然界的微震動計時——石英鐘、原子鐘
為何石英鐘沒能成為「基準」？
1秒還能變得更細緻嗎？
＜專欄＞電波時鐘如何接收訊號？
通往未來的時間機器與通往過去的時間機器是一樣的嗎？
＜專欄＞時光機的研究進度到哪裡了？

第5章　我們身邊的時間——1天總是24小時嗎
人的體感時間會伸縮
為什麼時間是60進位
一天有三種
很久很久以前，地球的1天是5小時
1年等於365天嗎？

後記

前言

第1章　「物理學」的時間——物理學家如何看待時間
被霍金收回的「時間逆流說」
時間的流動是錯覺嗎——「波茲曼大腦」「5分鐘假設」
牛頓提出的「絕對時間論」
熵增是時間的本質嗎？
愛因斯坦發現的時間
愛因斯坦跟哲學家柏格森的世紀對決
相對論也在宇宙觀測中得到印證——「重力透鏡現象」
量子論發現「時間會跳躍」
統合相對論與量子論的理論所預言的時間
＜專欄＞所有事物分割到最後都會變為基本粒子

第2章　時間的「起點」——即是宇宙的起點
時間開始之時
宇宙誕生的「1普朗克時間」後——微觀宇宙誕生
宇...