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相对论与时空曲率：从熵到时间的反演不变性以及更多在科学领域里，人们往往会已每个人都能理解的方式被告知一些事情——这些事情以前没有一个人知道。而在诗歌中恰恰相反。
——保罗?狄拉克（Paul Dirac）
数学家就像法国人：不管你说什么，他们总会翻译成自己的语言，而且这些语言有特殊的意义。
——歌德（Goethe）
对于机械的时间旅行设备的渴望，带领我们进入了相对论和时空曲率的领域。在《星际迷航》中，美国海军想要达到一种“经编”速度，因为拥有能量全满的水晶球，实现光速旅行，他们希望尽可能到达更远的目的地。 从熵到时间掌控
熵是一种科学序列，指的是体系的混乱程度，在物理科学中，熵主要是用来描述热力学、心转移性质、分子、热力发动机甚至是作为一个整体的宇宙。在社会和生活科学中，它也作为一种媒介理论运用于不同的领域。
1865年，德国物理学家鲁道夫?克劳修斯（Rudolf Clausius）在萨迪?卡诺（Sandi Carnot）和开尔文男爵（Lord Kelvin）早期实验的基础上，首次提出了熵的概念。克劳修斯发现，即使在“完美的”或者是“完全可逆转的”物质系统内转换热能量也无法避免有效能量的缺失。他称这种缺失为熵的增加，并且把这种熵增加定义为在这个过程中绝对温度下热能量的转化。因为只有极少过程是真正可逆转的。真实的熵增加甚至比这个量还要大。这个原理是基本自然规律之一，被称作是热力学第二定律。
热力学第一定律是说能量是守恒的。能量在转化过程中产生的能量不会超过其本身的能量，或者说有效能量不会超过100%。第二定律更具有限制性，它是说能量在转化过程中由于废热导致不可避免的熵增加，从而使得能量少于100%。例如，大的煤电站不可避免地浪费了煤总能量的67%。其他热力发动机，比如说汽车发动引擎和人类的身体效率甚至更低，浪费了80%的可用能量。假想的永动发电机为了追求效率公然藐视自然规律。在这样一个机器中，其产出的能量来自于本身，在操作过程中有100%的有效能量都被保存了下来。因为有摩擦，所以这是不可能发生的，因为摩擦会把一部分能量转化为废热。 时间之箭
熵的另一个表现是系统的趋势是随着时间的流逝变得更加混论和无序。自然状态下，物质会变得平衡和均一而失去其有序的状态。例如，一块方糖在咖啡里溶解后不会再重新聚合成一块方糖，空气中的香水分子不会再重新聚合到香水瓶里。同样地，化学反应是自然地存在于包含了更多无序状态（熵）而不是反应物的物质当中。另一个例子是普通燃料的燃烧。这样的反应不会自发地转化自身能量，它会趋向于无序的自然状态——我们称之为“时间之箭”。
自然连续的熵增加的结果可能最终减少了宇宙中所有有效的能量。物理学家认为宇宙最终会达到一个温度的平衡，这样一来就达到了无序的巅峰，有用的能源不再维持生命或者运动。这种“热寂说”唯有在宇宙被物理定律束缚，并且作为一个整体被地球上观测到的热力学定律支配时才有可能存在。
熵的概念在现代学科的信息理论中扮演着重要角色，它暗示了交流的趋势，由于噪音或者静电变得混乱。美国数学家克劳德?E.香农（Claude E Shannon）在1948年第一次使用了这个专业术语。信息论的例子是复印材料。像这样的材料被不断地复印再复印，它们的信息不断地被削弱直到变得模糊不清。类似的削弱也出现在电子通信和音乐录制上。为了减少这种熵增加，信息可能用成串的数字0和1编码，这样即使是在高“噪音”的层面也能识别出来，也就是说，在一般状态下是无用的信号。
对于一些观察者来说，地球上的生命和文明的开始和发展的过程是与第二定理的熵从不会减少理论相互冲突的。其他人回应说，地球不是一个封闭的系统，因为它从太阳那里获得有效的能量，然后第二定理允许局部的熵减少，只要这些熵能和其他的的熵相互抵消。例如，尽管熵在一个运行的冰箱里减少了，但是由冰箱排除的废热在厨房里引起了整个熵增加。地球上的生命可能在宇宙中出现一个局部的熵减少，但是宇宙整个的熵总是增加的。
比利时化学家利亚?普里高津（Ilya Prigogine）和其他人一起正致力于扩展传统热力学的研究范围使其包括生物有机体，甚至是社会系统。
时间或者说持续时间的实验在文学和哲学上获得了很大的关注。由于其主观因素，这种实验在个体中的变化可能是前后矛盾的。在科学工作中，数值度量会用来观测事件顺序。假如“现在”是一个有效的数值0，然后按照惯例把它分配给早期消极价值观和后期积极价值观。为了获得一个时间标度，一些以恒定速率重复出现的周期现象会被不断地细分和计算。
在20世纪以前，不用怀疑，一个单一的，通用的，统一的时间度量是存在的。对于两个在空间被大大地分隔开的事件而言，这种说法在定义同时性概念时是没有任何问题的——也就是说，假设，对一个观察者而言，事件同时出现，之后其他所有的观察者都会同意事件的确是同时的。但是在20世纪初期，阿尔伯特?爱因斯坦意识到，由于宇宙中光速的不变性，时间的测量取决于观察者的运动状态。
假如A和B在空间上被分隔开，对于一个观察者来说是同时出现的，而对于另个观察者而言，也就是相对于第一个观察者的运动状态，事件A可能出现在事件B之前也有可能是之后，这完全取决于这两个观察者之间相对运动状态的方向。也就是说，用现代的观点来看，时间不再是绝对的，而是取决于做时间测量的观察者的相对运动状态。根据相对论来看，时间是一个较为普通的四维时空的连续统一体中的一面。这样说来，事件是同时存在于宇宙中的。时间和空间是这个潜在的四维空间连续统一体的不同方面。通常，时间被描述为“第四维空间”。
时间标度
从远古时代起，人们利用地球自转（或者说是天空中太阳所处的明显位置）来建立一个统一的时间标度。为了指定一个日期，人们把太阳的运动当作一个时间标度，那么天数必须得从参考日期开始计算。此外，钟表常常用来衡量一天的一部分时间。 从天空中太阳的视位置衍生出来的时间被称作是视太阳时。因为地球绕太阳运行时的离心率和地球自转于轨道平面的斜角，所以视太阳时不是一个统一的时间标度。但是，这些影响又能被计算和更正后得到更加统一的时间标度，即平均太阳时。国际标准时间（UT0）即格林威治平均时。一个远恒星的视运动的观察结果可以用来得到另一个在天文学上的时间标度，也就是恒星时间。
国际标准时间的其他小规模的衍生可以追溯到其他影响，比如说，地球自转轴和地球自转的周期性波动，这些影响可以解释其他的小波动，形成更加完善的时间标度。（国际标准时间1和2，UT1和UT2）。
星历表时间是由地球绕太阳运动决定的，而非由地球自转波动造成的。天文学上的观察结果可以把星历表时间精确到大约0.05秒，平均值超过了一个九年周期。
石英晶体振荡器和原子钟的发明使得更加精准的时间测量成为可能。因此，除了天文学时间标度，还有一些其他的时间标度，比如说，原子时间（AT），基于在磁场中一定原子的微波共振。通过对电磁信号和铯原子在共振时的周期进行计算，精确度能达到几十亿分之一。
大约从1960年起，全世界大量的实验共同对照出原子时间标度，得到各种原子时间标度的加权平均，这个就是现在大众熟知的通用协调时间（UTC）。为了使通用协调时间和一天的时间长度保持一致，秒（一个闰秒）偶尔会从原子时间标度上被增加或者删除。根据国际协议，通用协调时间和领航员的时间标度（UT1）的误差在0.7秒内。
对时间的精准测量导致了秒的重新定义。在1956年之前，一秒被定义为平均太阳时的1/86400。从1956年到1967年，秒成了星历秒，被定义为1899年12月31日0时0分0秒这个回归年的1/31556925.9747。秒目前被定义为铯133原子振动9192631770次所用的时间。 想象一下，每个早晨都会有人在你的账户里存入86400美元。日复一日但却没有余额留存，因为每天晚上它就会清除你白天没有用的结余。你会怎么做？当然是全部取出来用掉。
我们每个人都有一个这样的银行，它的名字叫做时间。
每天早上，时间会给你86400秒。一到夜晚，时间记数将全部归零，只要你没能将全部时间投入到你的美好追求中去，无论剩下多少都记入损失。它从不延缓进出平衡，也不允许透支。每天它都会为你开个新的账户，每晚它将这天的余额销掉。如果你没有好好利用一天的储蓄，失去的也是你的。不可能回到过去，也不可能从“明天”预支。你必须利用好今天的储蓄。投资今天，从中得到最大的健康、快乐和成功。时钟滴答滴答，好好利用今天。
1896年，芝加哥上空出现的飞船。
从19世纪晚期到现在（直至未来），有许多奇怪的联系和巧合是有关时间旅行的。开始于威尔斯1895年出版的《时间机器》。
想要知道一年的价值，去问一个留级的学生。
想要知道一个月的价值，去问一个早产的母亲。
想要知道一周的价值，去问一个周报的编辑。
想要知道一个小时的价值，去问正在等待见面的情侣。
想要知道一分钟的价值，去问错过了火车的人。
19世纪80年代，美国上空的两架飞船。注意飞船两边的强探照灯。
想知道一秒钟的价值，去问刚避免了一场事故的人。
想要知道一毫秒的价值，去问奥运会银牌得主。
珍惜你所拥有的每一分钟！
记住，时间不等人！昨天是历史，明天是未知，今天是恩赐。这就是我们为何把“今天”称作“礼物”。 编者：博科园 林隐
博科园
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