破解“时间之谜”：你相信时空是一种幻觉吗？

利维坦按：根据热力学第二定律，在一个封闭的系统中（我们可以将宇宙看成是最大的可能的封闭系统）熵只能增大，不能减小。宇宙中的熵增大后不能减小，因此时间是不可逆的。我们从出生、成长、衰老、死亡的过程是不可逆的，正如同一个杯子落地摔碎的过程。

我特别喜欢文中的这句话，“我们这些仰仗于熵增、锚定于逝者如斯的物种，也只能得出这种独特的视角了”，这或许也是为什么我们很难想象，一个“既没有时间，又没有空间”的景象究竟是什么样的——当我们说时间“流逝”，这也只是一种基于过去、当下和未来的近似表述而已。当然，也有物理学家相信，这种线性的“时间之箭”，它无关时间是否存在，而只是关乎时间运动的方向。时间这个概念，是否只对我们这种神经系统的生物有意义？如果没有了观测者（观察），时间还会依照过去-现在-未来的顺序来呈现吗？

文/Carlo Rovelli

译/斩光

校对/乔琦

原文/nautil.us/issue/64/the-unseen/the-end-of-time

本文基于创作共同协议（BY-NC），由斩光在利维坦发布

或者朱庇特预留了

更多的冬天，

或者在耸峙崖岸上

催虐海浪的这个冬天

便是终点，

你当明智，滤好酒，斩断

绵长的希望，生命短暂。

说话间，妒忌的

光阴已逃逝。

摘下今日，别让明日骗。

——贺拉斯，《颂诗集》第一部，第11首

（译者注：译文来自李永毅译《贺拉斯诗选》）

“他比我稍早离开了这奇异的世界，而这不代表什么。像我们这样信仰物理的人都知道，过去、现在未来之间的分别只不过是持久而顽固的幻觉。”

——爱因斯坦写给贝索（Michele Angelo Besso）家庭的哀悼信，1955

这首诗描绘的时光流转的景象，我们早就习以为常：时间不过是在整个宇宙中均匀、一致地流淌而已，光阴逝去时，所有的事情就这么渐次发生。星河万物中都弥漫着一个名为“当下”的事物，这一刻就构成了现实。人人都有过往，发生过、渐行渐远、无可改变。未来敞开了大门，却尚未尘埃落定。现实自过往流出，行经当下，通向未来——而万物随时间流逝的演化却是不对称的，这一点根深蒂固。我们感受到的这一切，就是世界的基本结构。

然而，这幅熟悉的景象已经分崩离析，它呈现出来的仅仅是一种近似，现实要复杂得多。

遍及宇宙、满坑满谷的当下是不存在的。事件并不沿着过去、现在、未来的次序排列得整整齐齐，而只是“部分”有序。只存在一个我们附近的当下，在遥远的星系里可没有什么当下。当下是一种局部表象，而非整体现象。

在统治万物万事的基本方程里，过去和未来没有任何区别。区别只来自于我们对事物扭曲的感知，正是这种扭曲让过去发生的一切变得独特起来。

图源：Tumblr

时间流动的速度处处不同，这取决于我们身处何方、以何等速度运动。我们距离大块质量越近、或者运动速度越快，时间的流速就越慢：于是，两个事件之间的间隔并不只有一个，而是有千千万万个。

时间流动的韵律是由引力场决定的，而这种真实存在的实体自有其动力学规律。这个规律就铭刻在爱因斯坦的方程中。如果忽略量子效应，时间和空间就成了一大团果冻的不同特征，而我们正身处这团果冻里。

但这个世界却是量子的，所以果冻状时空也就只是种近似。在拼写世界的基本语法书里，既没有空间，也没有时间——有的只是把物理量从一个值变为另一个值的过程，我们通过这些过程得以计算事件发生的概率以及它们之间的关系。

时间之谜总让我们困扰不已，激起我们深刻的情感。

就我们目前所知的最基本层面而言，几乎不存在一丁点儿与我们体验到的“时间”相似的事物。在那里，既不存在一个能够区分过去、未来的特殊“时间”变量，也不存在时空。尽管如此，我们仍能写出描绘世界的方程。这些方程式中，各个变量互相协同，演化不休。这不是一个“静态”的世界，也不是所有改变皆为幻觉的“整块宇宙”：与之相反，我们的世界是由事件组成的，而非事物。（译者注：整块宇宙，block universe，就像《星际穿越》末尾主人公所在的五维空间，宇宙过去、现在、未来的每个瞬间都已确定，仿佛一个个的方块那样陈列着。）

图源：Gifer

以上所写，就是一趟出门远行，抵达了不存在时间的宇宙。

那么返航的目的地就很清楚了——在这个没有时间的世界，我们对于时间的感知是怎么生发出来的呢？令人惊讶的是，在我们所熟悉的时间浮现的过程中，我们自己也起到了作用。自构成了世界沧海之一粟的我们看来，万物在时间之河中流淌。之所以我们会以这种扭曲的方式看待世界，是因为我们只与世界的局部发生互动。

这还不够，量子非决定性（quantum indeterminacy）又添加在扭曲之上。非决定性带来的无可获知导致了“热时间”（thermal time）这种独特变量的出现，也导致了衡量不确定性的“熵”的出现。

图源：NASA/GSFC

或许人类是世界中的一小群独特子集，在与外部世界的互动中，我们感知到的热时间之箭的某一端总是熵更低。因此，这一时间流逝的方向的确是真实的，不过也是主观的：世界上与我们有关的熵总是随着热时间的流逝而增加。于是，我们看到事件的发生沿着这个变量排列有序，就把这个变量叫做“时间”。

熵的增加让我们得以区分过去和未来，并引导宇宙渐次展开、演变。熵还让过往的一切留下踪迹、残余以及记忆。我们人类就是熵增这一伟大历史的副产物，过往的踪迹让我们留下记忆，记忆让人类社会形成整体。我们每个人都是统一的存在，因为我们都映射了世界，我们通过与同类互动对这个世界形成了统一的映像，而这一映像又是被记忆统一起来看待世界的视角。我们所谓的时间的“流逝”就由此而来。当我们倾听时间流逝时，听到的就是这些。

图源：Ontonix Srl

“时间”只是无数个描述世界的变量之一。它是描述引力场的变量之一：在我们的尺度上，量子涨落起不到什么作用，因此认为时空是决定论的也无可厚非。于是，我们就认为时空坚实得仿佛一张桌子。这桌子有不同的维度：其一曰空间，其一伴随着熵增，曰时间。在日常生活中，我们运动的速度比起光速不值一提，所以，我们就感觉不到不同时钟的本征时间之间的差异。在我们距某大块质量不同距离时，时间流逝速度之间的差异也小得无法分辨。

在统治万物万事的基本方程里，过去和未来没有任何区别。

到了最后，那许多种可能的时间都化为乌有，我们只说得出一种：我们体验到的时间——均匀一致、遍及万物、次序有秩。这不过是一种对宇宙的近似的近似的近似的描述，我们这些仰仗于熵增、锚定于逝者如斯的物种，也只能得出这种独特的视角了。正如传道书所言，我们总有一个时刻出生、一个时刻死亡。

时间于我们正是如此：一个多层次的、复杂的概念，自多种不同的近似推导出多重截然不同的性质。

许多有关时间的讨论都混乱不堪，因为他们没有认识到时间的复杂性和多层次性。他们犯下的错误正是没有看出时间的多个层次其实各自独立、互不相干。

在对其求索一生之后，这就是我所以为的时间的物理结构。

这个故事里有许多部分坚实可信，有一些似是而非，还有一些则纯粹是猜测，只想赌一把，看能否一窥全貌。无论如何，有一个一般事实则完全可信：世界的时间结构与我们对它的朴素想象完全不同。朴素想象适用于日常生活，但不适用于理解世界的细微层面，以及它的广大无边。十有八九，它甚至还不足以理解我们自身的本质，因为时间之谜与我们的个人认同之谜、与我们的意识之谜缠绕扭结在一起。

时间之谜总让我们困扰不已，激起我们深刻的情感。其情之浓、其感之深，实乃哲学与宗教之源。

图源：Ignacio Serrano

我相信，正如汉斯·赖欣巴哈（Hans Reichenbach，编者注：德国哲学家，科学哲学先驱，逻辑实证主义的支持者）在那描述时间本质最清晰明了的书《时间的方向》（The Direction of Time）中所写：正是为了逃离时间令人焦虑的本质，巴门尼德否认了它的存在，柏拉图幻想出一个存在于时间之外的理念世界，而黑格尔在谈及当下时，断言灵魂超越了时间，因为灵魂从自身的包罗万象中就能明白这一点。

为了逃离这种焦虑，我们幻想出“永恒”的存在，那个诡异的世界跳脱出时间之外，被我们安置着众神、一神，或者不朽的灵魂。我们对于时间的深刻情感化态度对于哲学大厦的构建贡献良多，比起对逻辑或理性的贡献还要多。与之相反的情感化态度，即像赫拉克利特和柏格森那样尊崇时间，也滋生出许多种哲学——但它们无一让我们距离时间的本质更近一步。

是物理学帮助我们刺破了层层时间之谜。它展示出，宇宙的时间结构与我们的感知是多么不同。它让我们有了清晰研究时间本质的希望，不必再受情感之雾的遮挡。

但在我们追寻时间本质的旅途中，随着理论层层上升、离我们自身越来越远，最后却可能找到了一些有关自身本质的发现——这就像是哥白尼，他研究天体的运动，却终于明白脚下的地球也在运动。或许，最终我们也会发现，时间的情感维度并不是阻碍我们客观领会时间本质的迷雾。

或许，对时间的情感恰恰就是时间对我们的意义所在，不多不少。

有关作者：卡洛·罗韦利是一位理论物理学家和科普作家。这篇文章摘自他的《时间的秩序》（The Order of Time）。