時(shí)間的終結(jié)：時(shí)間流逝是真實(shí)的 也是主觀的

北京時(shí)間2月1日消息，在這個(gè)世界的基礎(chǔ)物理學(xué)中，既沒(méi)有空間也沒(méi)有時(shí)間。我們熟悉的時(shí)間“形象”是這樣的：它在整個(gè)宇宙中均勻流動(dòng)，所有一切就在流動(dòng)過(guò)程中發(fā)生。整個(gè)宇宙中存在著一個(gè)“當(dāng)下”，構(gòu)成了現(xiàn)實(shí)。

每個(gè)人的過(guò)去都是固定的，發(fā)生過(guò)便已經(jīng)消失。未來(lái)是開放的，尚待確定。現(xiàn)實(shí)從過(guò)去流經(jīng)現(xiàn)在，流向未來(lái)——過(guò)去和未來(lái)之間萬(wàn)物的演變?cè)诒举|(zhì)上是不對(duì)稱的。我們感覺(jué)這就是世界的基本結(jié)構(gòu)。

這一熟悉的圖景已經(jīng)分崩離析，它本身已被證明只是一種近似，近似于一個(gè)更為復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)。

整個(gè)宇宙中普遍存在的“現(xiàn)在”其實(shí)并不存在。事件并不是以過(guò)去、現(xiàn)在和未來(lái)的順序發(fā)生;它們只是“部分”的秩序。存在一個(gè)位于我們附近的“當(dāng)下”，但是在一個(gè)遙遠(yuǎn)的星系里，卻不存在這樣的“當(dāng)下”。與其說(shuō)“當(dāng)下”是一個(gè)普遍現(xiàn)象，倒不如說(shuō)是一個(gè)局部現(xiàn)象。

在支配世界萬(wàn)事萬(wàn)物的基本方程中，過(guò)去和未來(lái)之間并沒(méi)有差異。差異的出現(xiàn)只是因?yàn)橐粋€(gè)事實(shí)：我們對(duì)事物的模糊感知使過(guò)去發(fā)生的一切變得特別。

以局部來(lái)看，時(shí)間的流逝速度會(huì)因?yàn)槲覀兯幬恢煤鸵苿?dòng)速度的不同而改變。我們?cè)浇咏筚|(zhì)量的物體，或者移動(dòng)速度越快，時(shí)間流動(dòng)就會(huì)越慢：兩個(gè)事件之間沒(méi)有單一的持續(xù)時(shí)間;即事件的間隔存在很多可能性。

時(shí)間流動(dòng)的節(jié)奏是由引力場(chǎng)決定的。引力場(chǎng)是愛(ài)因斯坦場(chǎng)方程中描述的具有自身動(dòng)態(tài)的實(shí)體。如果我們忽略量子效應(yīng)，那么時(shí)間和空間就構(gòu)成了一塊巨大“果凍”的不同方面，我們沉浸其中。

然而這個(gè)世界是量子態(tài)的，所以果凍時(shí)空也是一種近似。在描述世界的基本語(yǔ)法中，既沒(méi)有空間也沒(méi)有時(shí)間——只有將一個(gè)物理量變換到另一個(gè)物理量的過(guò)程，從中可以計(jì)算出概率和相關(guān)性。

因此，在我們目前所知的最基本層面上，沒(méi)有什么東西類似我們所體驗(yàn)到的“時(shí)間”。不存在一個(gè)特殊的“時(shí)間”變量，過(guò)去和未來(lái)沒(méi)有區(qū)別，也沒(méi)有時(shí)空。盡管如此，我們?nèi)匀恢廊绾尉帉懨枋鍪澜绲姆匠淌健Ｔ谶@些方程中，變量相對(duì)彼此不斷演變。這不是一個(gè)“靜態(tài)”的世界，也不是一個(gè)所有變化都是虛幻的“塊宇宙”(block universe)：相反，我們的世界是一個(gè)事件的世界，而不是事物的世界。

這是一段出航的旅程，目的地是一個(gè)沒(méi)有時(shí)間的宇宙。

另一方面，返航的目的地就是試圖理解從這個(gè)沒(méi)有時(shí)間的世界中，我們對(duì)時(shí)間的認(rèn)知是如何出現(xiàn)的。令人驚訝的是，在我們所熟悉的“時(shí)間”出現(xiàn)過(guò)程中，我們自己也發(fā)揮了作用。作為構(gòu)成世界的一小部分的生物，我們從自己的視角看到世界在時(shí)間中流動(dòng)。我們與世界的互動(dòng)是不全面的，這也是為什么我們會(huì)以一種模糊的方式看待世界。量子不確定性增加了這種模糊性。由此產(chǎn)生的無(wú)知導(dǎo)致了一個(gè)特定變量——熱時(shí)間(thermal time)——的出現(xiàn)，也引出了量化我們不確定性的“熵”。

或許我們屬于世界的一個(gè)特定子集，在與世界其他部分相互作用的過(guò)程中，熵在我們熱時(shí)間的某個(gè)方向上更低。因此，時(shí)間的方向性是真實(shí)的，但也是主觀的：與我們相關(guān)的世界的熵隨著我們的熱時(shí)間流逝而增加。我們看到在這個(gè)變量中出現(xiàn)了有序的東西，于是該變量就被簡(jiǎn)單地稱為“時(shí)間”。熵的增加為我們區(qū)分了過(guò)去和未來(lái)，導(dǎo)致了宇宙的展開。它決定了過(guò)去的痕跡、殘留物和記憶的存在。我們?nèi)祟愂庆卦黾舆@一偉大歷史的產(chǎn)物，過(guò)去的痕跡激活了記憶，結(jié)合在一起便塑造了人類。我們每個(gè)人都是一個(gè)統(tǒng)一的存在，因?yàn)槲覀兎从沉诉@個(gè)世界，我們通過(guò)與同類相互作用形成了一個(gè)統(tǒng)一實(shí)體的形象，而這代表了一個(gè)通過(guò)記憶統(tǒng)一起來(lái)的看待世界的視角。我們所謂的時(shí)間“流動(dòng)”便由此而來(lái)。當(dāng)我們“聆聽(tīng)”時(shí)間流逝時(shí)，所聽(tīng)到便是這些。

“時(shí)間”變量是描述世界的眾多變量之一。它是引力場(chǎng)的變量之一：在我們的尺度上，我們感受不到量子波動(dòng)，因此可以將時(shí)空視為是確定的。于是，我們可以認(rèn)為時(shí)空像桌子一樣堅(jiān)實(shí)。這張“桌子”具有維度：一個(gè)維度我們稱為空間，還有一個(gè)是熵增加的維度，我們稱為時(shí)間。在日常生活中，我們的移動(dòng)速度相對(duì)于光速可以忽略不計(jì)，因此我們不會(huì)察覺(jué)不同時(shí)鐘的準(zhǔn)確時(shí)間之間的差異。另一方面，當(dāng)我們與某一物體處于不同距離時(shí)，時(shí)間流逝的速度差異也非常小，我們同樣無(wú)法感知。

因此，最后我們能談?wù)摰牟皇窃S多可能的時(shí)間，而是只有一種時(shí)間：我們所體驗(yàn)到的時(shí)間，它均勻、普遍且有序。這不過(guò)是從我們?nèi)祟愄囟ǖ囊暯撬龀龅膶?duì)世界的近似的近似的近似的描述。作為人類，我們依賴熵的增長(zhǎng)，在時(shí)間流動(dòng)中錨定。正如傳道書所說(shuō)的，我們總有一刻出生，也總有一刻死亡。

這就是為我們準(zhǔn)備的時(shí)間：一個(gè)多層次的復(fù)雜概念，具有多種獨(dú)特的屬性，來(lái)自各種不同的近似。

關(guān)于時(shí)間概念的許多討論都混亂不堪，因?yàn)檫@些討論根本沒(méi)有認(rèn)清時(shí)間的復(fù)雜性和多層性。他們的錯(cuò)誤在于沒(méi)有看到時(shí)間的不同層次其實(shí)是獨(dú)立的。

這就是我所理解的時(shí)間物理結(jié)構(gòu)。對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，我已經(jīng)思索了一生。

如果把這些當(dāng)作一個(gè)故事，那其中許多部分都是可靠的，有些部分可能是真的，還有一些部分則是為了理解整體所做的猜測(cè)。有一個(gè)一般事實(shí)是完全可信的，即世界的時(shí)間結(jié)構(gòu)不同于我們對(duì)它的幼稚描繪。這種幼稚的想象適合我們的日常生活，但不適合在其極微小和極廣闊的尺度上理解這個(gè)世界。很可能，它甚至不足以理解我們自己的本性，因?yàn)闀r(shí)間之謎與我們個(gè)人身份的奧秘，以及與意識(shí)的奧秘交織在一起。

時(shí)間之謎一直困擾著我們，并激起深刻的情感。如此深刻的情感滋養(yǎng)了哲學(xué)和宗教。

我相信，正如漢斯·賴欣巴哈(Hans Reichenbach)在一本關(guān)于時(shí)間本質(zhì)的書——《時(shí)間的方向》(The Direction of Time，被認(rèn)為是這方面最清晰明了的書之一)——中所寫的那樣，為了擺脫時(shí)間帶來(lái)的焦慮，巴門尼德(Parmenides)想要否認(rèn)它的存在，柏拉圖想象了一個(gè)存在于時(shí)間之外的理念世界，而黑格爾談到了精神超越時(shí)間性并在其充實(shí)中了解自己的那一刻。為了擺脫這種焦慮，我們想象著“永恒”的存在，這是一個(gè)我們希望有神、上帝或不朽靈魂居住，超乎時(shí)間之外的神奇世界。在哲學(xué)殿堂的構(gòu)建中，我們對(duì)時(shí)間的深刻情感做出的貢獻(xiàn)要多于邏輯或理性。相反的情感態(tài)度，即對(duì)時(shí)間的崇拜(如赫拉克利特或帕格森)也催生出同樣繁多的哲學(xué)理念，但并沒(méi)有讓我們更進(jìn)一步理解時(shí)間。

物理學(xué)幫助我們穿過(guò)了層層謎題。物理學(xué)展現(xiàn)了世界的時(shí)間結(jié)構(gòu)與我們對(duì)時(shí)間的認(rèn)知有何不同。它讓我們有了研究時(shí)間本質(zhì)的希望，從而擺脫自身情感造成的迷霧。

但是，在追尋時(shí)間本質(zhì)的過(guò)程中，我們離自身越來(lái)越遠(yuǎn)，最后卻可能獲得一些關(guān)于自身本質(zhì)的發(fā)現(xiàn)——這就像哥白尼，通過(guò)研究天球運(yùn)動(dòng)，他最終理解了腳下的地球如何運(yùn)動(dòng)。或許，最終我們會(huì)明白，時(shí)間的情感維度并不是阻礙我們客觀理解時(shí)間本質(zhì)的那層迷霧。

或許時(shí)間的情感維度正是時(shí)間對(duì)于我們的意義所在。

作者簡(jiǎn)介：卡洛·羅威利(Carlo Rovelli)是一位理論物理學(xué)家和科學(xué)作家。本文摘自他的新書《時(shí)間之序》(The Order of Time)。