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時(shí)間是幻覺(jué)么？ （轉(zhuǎn)自權(quán)威科普雜志《環(huán)球科學(xué)》） 已有5人參與
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有關(guān)時(shí)間和改變的觀念，或許是從一個(gè)根本上完全靜態(tài)的宇宙中涌現(xiàn)出來(lái)的。沒(méi)有了時(shí)間，世界就應(yīng)該完全靜止。主張時(shí)間不存在的理論面臨的一大挑戰(zhàn)就是：如果這個(gè)世界實(shí)際上并沒(méi)有在發(fā)生變化，我們又如何能夠看到改變？ ● 時(shí)間已成為物理學(xué)中非常熱門(mén)的一個(gè)課題。對(duì)大統(tǒng)一理論的追尋正迫使物理學(xué)家重新審視一些非常基本的假設(shè)，幾乎沒(méi)有什么東西會(huì)比時(shí)間更加基本。 ● 一些物理學(xué)家主張，根本不存在時(shí)間這種東西。其他一些則認(rèn)為，時(shí)間應(yīng)該被“升級(jí)”，而不是“降級(jí)”。介于這兩種極端觀點(diǎn)之間的，是這樣一個(gè)誘人的想法： 時(shí)間存在，但并不基本。一個(gè)靜態(tài)的世界通過(guò)某種方式產(chǎn)生了我們所感知的時(shí)間。 ● 哲學(xué)家在蘇格拉底時(shí)代之前就開(kāi)始爭(zhēng)論這樣的想法，但物理學(xué)家現(xiàn)在才使這些想法變得更加具體。根據(jù)其中一個(gè)想法，時(shí)間或許產(chǎn)生于宇宙被拆分成零碎的方式， 我們感受到的時(shí)間則反映了這些零碎之間的關(guān)聯(lián)。 在時(shí)間幻覺(jué)讀這句話的時(shí)候，你大概會(huì)認(rèn)為此時(shí)此刻——也就是“現(xiàn)在”——正在發(fā)生。“現(xiàn)在”給人的感覺(jué)很特別，只有它才是“現(xiàn)實(shí)”的。不論你如何留戀過(guò)去，如何憧憬未來(lái)，都只能生活在“現(xiàn)在”。當(dāng)然，你讀那句話的時(shí)刻已經(jīng)不是“現(xiàn)在”了。這句才是。換句話說(shuō)，時(shí)間給人的感覺(jué)是在不斷流淌，因?yàn)椤艾F(xiàn)在”總是一刻不停地“刷新”著自己。我們有一種深入骨髓的直覺(jué)，認(rèn)為“未來(lái)”尚未確定，而“過(guò)去”不可更改。隨著時(shí)間的流淌，這列由不可更改的“過(guò)去”、轉(zhuǎn)瞬即逝的“現(xiàn)在”和尚未確定的“未來(lái)”構(gòu)成的“列車”不斷前行。這一時(shí)間觀念植根于我們的語(yǔ)言、思維和行為當(dāng)中，我們的生活方式全都有賴于此。 盡管這種思維方式非常自然，我們卻找不到任何科學(xué)依據(jù)支持這一觀念。物理學(xué)方程并沒(méi)有告訴我們哪些事件是“現(xiàn)在”正在 發(fā)生的——那些方程就像一張地圖，卻沒(méi)有“你在此處”的標(biāo)簽�！艾F(xiàn)在”并不存在于物理學(xué)方程之中，時(shí)間的流淌也是如此。另外，愛(ài)因斯坦的相對(duì)論指出，一個(gè)特殊的“現(xiàn)在”根本就不存在，所有時(shí)刻都是平等的，都同等“現(xiàn)實(shí)”。從根本上說(shuō)，“未來(lái)”的尚未確定之處并不比“過(guò)去”更多。時(shí)間的科學(xué)理解和日常感受之間的這道裂縫，困擾著一代又一代思想家。隨著物理學(xué)家將我們通常歸結(jié)為時(shí)間的大多數(shù)特征一條一條從時(shí)間中剝離出來(lái)，這道裂縫已被拉得越來(lái)越大。如今，物理學(xué)里的時(shí)間和我們感受到的時(shí)間之間已經(jīng)橫亙著一條鴻溝，一個(gè)合乎邏輯的結(jié)論呼之欲出——理論物理學(xué)界有許多人開(kāi)始相信，時(shí)間根本就不存在。 一個(gè)不存在時(shí)間的現(xiàn)實(shí)世界，這個(gè)概念乍聽(tīng)起來(lái)令人大吃一驚，因?yàn)楹茈y想象它如何能夠自圓其說(shuō)。我們所做的每一件事，都是在時(shí)間中做到的。這個(gè)世界就是一系列事件通過(guò)時(shí)間串連而成的鏈條。任何人都能看到人的頭發(fā)在逐漸變白，各種物體在到處移動(dòng)……我們能看見(jiàn)種種改變，而改變正是某些屬性相對(duì)于時(shí)間而發(fā)生的變化。沒(méi)有了時(shí)間，世界就應(yīng)該完全靜止。主張時(shí)間不存在的理論面臨的一大挑戰(zhàn)就是：如果這個(gè)世界實(shí)際上并沒(méi)有在發(fā)生變化，我們又如何能夠看到改變？ 最新研究試圖要解釋的，正是這一點(diǎn)。盡管時(shí)間在基本層面上或許并不存在，但它可以在更高層面上產(chǎn)生出來(lái)——就像桌子觸摸起來(lái)是堅(jiān)硬的一樣，哪怕它本質(zhì)上只是一大堆內(nèi)部幾乎空無(wú)一物的粒子�！皥�(jiān)硬”是粒子的一個(gè)整體屬性（collectiveproperty），或者說(shuō)是演生屬性（emergent property，即那些高層次具有而還原到低層次就不復(fù)存在的屬性）。同樣，不管構(gòu)成這個(gè)世界的基本成分是什么，時(shí)間也有可能是它們的一個(gè)演生屬性。 演生時(shí)間的概念很有可能帶來(lái)一場(chǎng)**，就像一個(gè)世紀(jì)以前發(fā)展起來(lái)的相對(duì)論和量子力學(xué)一樣。愛(ài)因斯坦說(shuō)過(guò)，發(fā)展出相對(duì)論的關(guān)鍵一步就是他對(duì)時(shí)間的概念重建。在追隨愛(ài)因斯坦的夢(mèng)想——統(tǒng)一相對(duì)論和量子力學(xué)的過(guò)程中，物理學(xué)家相信時(shí)間又一次成為了問(wèn)題的關(guān)鍵。2008年，基本問(wèn)題研究所（Foundational Questions Institute，縮寫(xiě)為FQXi）以“時(shí)間的本質(zhì)”為題，舉辦了一場(chǎng)論文競(jìng)賽，吸引了現(xiàn)代物理學(xué)界一批響當(dāng)當(dāng)?shù)拇笈⑴c。他們中有許多人堅(jiān)信，大統(tǒng)一理論描繪的將是一個(gè)不存在時(shí)間的世界；另一些人則不愿意除掉時(shí)間。不過(guò)，有一點(diǎn)是所有人都認(rèn)同的：不對(duì)時(shí)間進(jìn)行更深刻思考的話，在大統(tǒng)一道路上想要取得進(jìn)展多半是不可能的。 與諸多常識(shí)相符的傳統(tǒng)時(shí)間觀念，長(zhǎng)期以來(lái)受到一系列降級(jí)的打擊。時(shí)間在物理學(xué)中承擔(dān)過(guò)許多工作，但隨著物理學(xué)的逐步發(fā)展，這些工作已經(jīng)一項(xiàng)接一項(xiàng)被“外包”出去了。 盡管初看起來(lái)或許并不明顯，但牛頓運(yùn)動(dòng)定律要求時(shí)間擁有許多特殊性質(zhì)。事件發(fā)生的先后次序，原則上能被所有觀測(cè)者認(rèn)同。經(jīng)典物理學(xué)假定，不論某一事件發(fā)生在何時(shí)何地，你都可以客觀地說(shuō)出它發(fā)生在宇宙中任意一個(gè)其他事件之前、之后，還是同時(shí)。因此，時(shí)間為世界上的所有事件提供了一份完整的先后次序�！巴瑫r(shí)”是絕對(duì)的，是一個(gè)與觀測(cè)者無(wú)關(guān)的事實(shí)。不僅如此，時(shí)間還必須是連貫的，這樣我們才能定義速度和加速度。 經(jīng)典的時(shí)間還必須有一個(gè)衡量時(shí)間持續(xù)長(zhǎng)短的概念，物理學(xué)家稱之為度規(guī)（metric），這樣我們才能說(shuō)清不同的事件彼此在時(shí)間上相差多遠(yuǎn)。比方說(shuō)，奧運(yùn)會(huì)百米短跑冠軍烏塞恩·博爾特（Usain Bolt）最快可以跑出12米 /秒的速度，但要使用這樣的表述方式，我們必須有一個(gè)度規(guī)來(lái)標(biāo)明一秒鐘有多長(zhǎng)。就像事件的先后次序一樣，持續(xù)時(shí)間也與觀測(cè)者無(wú)關(guān)。如果張三和李四都在 3點(diǎn)鐘離開(kāi)學(xué)校，各走各的，6點(diǎn)鐘在家碰頭，那么不論是對(duì)張三還是李四來(lái)說(shuō)，這段時(shí)間持續(xù)的長(zhǎng)短都相等。 從本質(zhì)上來(lái)講，牛頓提出，這個(gè)世界生來(lái)就配備了一個(gè)地位超然的母鐘。母鐘以獨(dú)一無(wú)二的方式，客觀地將世界分割成時(shí)間的一個(gè)個(gè)瞬間。牛頓物理學(xué)只遵從母鐘嘀嗒作響的腳步，無(wú)視其他時(shí)鐘。此外，牛頓還覺(jué)得時(shí)間在流淌，這種流淌給我們提供了一個(gè)箭頭，告訴我們哪個(gè)方向才是未來(lái)——不過(guò)嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，他的定律并不要求時(shí)間非得具有這些額外特征不可。 在今天的我們看來(lái)，牛頓的時(shí)間觀念或許有些老土，不過(guò)只要稍加思索，我們就會(huì)為之驚嘆。它的許多特征——次序、連貫、持續(xù)、同時(shí)、流淌，還有箭頭，在邏輯上都可以彼此拆分，然而它們又都有機(jī)結(jié)合在一起，構(gòu)成了牛頓稱之為“時(shí)間”的母鐘。這些特征的這種組合方式大獲成功，以至于它被原封不動(dòng)地傳承了近兩個(gè)世紀(jì)之久。 直到 19世紀(jì)末 20世紀(jì)初，對(duì)這一時(shí)間觀念的攻擊才拉開(kāi)序幕。打出第一拳的是奧地利物理學(xué)家路德維�！げ柶澛↙udwig Boltzmann）。當(dāng)時(shí)他推論說(shuō)，不論時(shí)間是正向還是反向流淌，牛頓定律都同樣適用，因此時(shí)間本身并沒(méi)有內(nèi)置一個(gè)箭頭。相反，他提出，“過(guò)去”和“未來(lái)”的差別并不是時(shí)間所固有的，而是由宇宙中物質(zhì)組織過(guò)程的不對(duì)稱引起的。盡管物理學(xué)家至今仍在為這一提議的細(xì)節(jié)問(wèn)題爭(zhēng)論不休 （參見(jiàn)《環(huán)球科學(xué)》2008年第 7期《時(shí)間箭頭的宇宙起源》一文），玻爾茲曼還是令人信服地從牛頓時(shí)間中剔除了一個(gè)特征。 第二輪攻擊則是由愛(ài)因斯坦發(fā)動(dòng)的，他廢除了絕對(duì)同時(shí)的概念。根據(jù)他的狹義相對(duì)論，事件是否發(fā)生在同一時(shí)刻，取決于你的速度有多快。發(fā)生事件的真正“舞臺(tái)”既不是時(shí)間，也不是空間，而是它們的結(jié)合——時(shí)空（spacetime）。以不同速度運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)觀測(cè)者對(duì)同一事件發(fā)生在何時(shí)何地會(huì)有不同的看法，但對(duì)于事件所處的時(shí)空位置，他們能夠達(dá)成共識(shí)。時(shí)間和空間都不是基本概念，用愛(ài)因斯坦當(dāng)年的大學(xué)教授、數(shù)學(xué)家赫爾曼·閔可夫斯基（Hermann Minkowski）的話來(lái)說(shuō)，它們“注定要消散在純粹的陰影之中”。 到了 1915年，愛(ài)因斯坦發(fā)表廣義相對(duì)論，將狹義相對(duì)論擴(kuò)展到了存在引力的環(huán)境中，傳統(tǒng)時(shí)間的處境就更窘迫了。引力可以扭曲時(shí)間，因此這里流逝的一秒鐘和那里流逝的一秒鐘并不是一回事兒。哪怕是在理論上，同步時(shí)鐘并讓它們保持同步也只有在極少數(shù)情況下才有可能做到。你不能再想當(dāng)然地以為，僅僅依據(jù)一個(gè)時(shí)間參數(shù)就能把這個(gè)世界一秒一秒地區(qū)分開(kāi)來(lái)。在極端情況下，這個(gè)世界或許完全不可能分割成時(shí)間的一個(gè)個(gè)瞬間。如此一來(lái)，想要說(shuō)某一事件發(fā)生在另一事件之前或之后也變得不可能了。 廣義相對(duì)論中有許多名字里帶有“時(shí)”字的函數(shù)，比如坐標(biāo)時(shí)（coordinate time）、原時(shí)（proper time）和全局時(shí)（global time）。它們共同承擔(dān)起了牛頓“時(shí)間”所做的許多工作，但它們之中似乎沒(méi)有哪個(gè)能夠擔(dān)當(dāng)?shù)闷稹皶r(shí)間”二字。物理學(xué)并不聽(tīng)從這些時(shí)鐘的指揮，就算聽(tīng)從，這些時(shí)鐘也只對(duì)宇宙中的一小塊區(qū)域有效，或者只對(duì)某些特定的觀測(cè)者有用。盡管物理學(xué)家直到今天才開(kāi)始為大統(tǒng)一理論必須要消滅“時(shí)間”而犯愁，但我們有理由說(shuō)，“時(shí)間”早在 1915年就已經(jīng)丟失，只是我們一直沒(méi)有充分正視這一點(diǎn)罷了。 本文譯者虞駿博士，《環(huán)球科學(xué)》資深編輯，曾經(jīng)在中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)和南京紫金山天文臺(tái)研究宇宙學(xué)及大尺度結(jié)構(gòu)。 本文審校黃慶國(guó)博士，現(xiàn)為中國(guó)科學(xué)院理論物理研究所副研究員，主要從事宇宙學(xué)和量子引力方面的研究。 |
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5樓2013-12-11 16:24:04
漆黑的宇宙
新蟲(chóng) (初入文壇)
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小木蟲(chóng): 金幣+0.5, 給個(gè)紅包，謝謝回帖
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時(shí)間根本就不存在，只是為了方便描述物體的運(yùn)動(dòng)而人為引入的東西。微粒自己在運(yùn)動(dòng)，與時(shí)間無(wú)關(guān)，引入時(shí)間后更容易描述 可以這么理解么？ 還有，文章中提到蘇格拉底，貌似一提到古代偉大的哲學(xué)家，每個(gè)人都會(huì)想起蘇格拉底，其實(shí)我想說(shuō)，屈原在他的作品《天問(wèn)》中，已經(jīng)開(kāi)始類似于我們從哪里來(lái)，到哪里去，時(shí)間有沒(méi)有盡頭，宇宙的終點(diǎn)是什么這類在哲學(xué)和物理上的終極思考了 [ 發(fā)自手機(jī)版 http://www.gaoyang168.com/3g ] |
3樓2012-12-13 01:27:17
gorgan
木蟲(chóng)之王 (文學(xué)泰斗)
無(wú)意苦爭(zhēng)春
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6樓2013-12-11 16:45:01
tianshixing
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7樓2014-01-22 18:33:33
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[考研] 本科雙非材料，跨考一志愿華電085801電氣，283求調(diào)劑，任何專業(yè)都可以 +6 | 芝士雪baoo 2026-03-28 | 8/400 |
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[考研] 11408軟件工程求調(diào)劑 +3 | Qiu學(xué)ing 2026-03-28 | 3/150 |
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[考研] 一志愿南京航空航天大學(xué)材料學(xué)碩求調(diào)劑 +3 | @taotao 2026-03-28 | 3/150 |
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