今年就不祝你新年快乐了,因为有物理学家说,时间可能只是幻觉

作者: 肖恩·M·卡罗尔(Sean M. Carroll)

来源: 环球科学

发布日期: 2017-12-31

文章探讨了时间的本质,提出了时间可能只是幻觉的观点,并介绍了支持这一观点的物理学家和哲学家的理论。同时,文章也讨论了反对这一观点的看法,并提出了时间在宏观世界中的重要性。

新的一年即将到来,人们互相祝福“新年快乐”,却很少有人思考过时间的流逝究竟意味着什么。早在苏格拉底时代之前,人们就开始对时间的本质争论不休。如果时间只是人的意识产生的幻觉,那“新年快乐”是否真的还有意义?

1955年,在阿尔伯特·爱因斯坦去世前几周,他的好友米歇尔·贝索(Michele Besso)辞世。爱因斯坦给贝索的家人写了一封科学家式的安慰信:“这些并不重要,对于我们这些拥有信仰的物理学家来说,过去、现在和未来之间的差别都只是一种固有的幻觉而已。”时间只是一种幻觉,这种想法有着相当悠久的历史。

早于任何时代广场的新年落球仪式或香槟庆祝活动,它可以追溯到赫拉克利特(Heraclitus)和巴门尼德(Parmenides)时期,他们是公元前5世纪的古希腊思想家,他们的思想是哲学入门课程中的重要组成部分。赫拉克利特认为,宇宙最主要的特征就是它在不断地变化。而巴门尼德则与两千多年后爱因斯坦的看法相呼应,他反驳说没有什么事情能够发生变化。

用现在的话说,巴门尼德认为宇宙就只是一切瞬间的集合,整个宇宙的历史就是如此。今天,我们将这种观点称为“永恒主义”(eternalist)或“块宇宙”(block universe),它把时间和空间想象成一个单一的四维事件集合,而不是随着时间推移发展的三维世界。

除了巴门尼德和爱因斯坦之外,赞同这一观点的还有特拉法马多人(Tralfamadorians),他们是库尔特·冯内古特(Kurt Vonnegut)的小说《五号屠宰场》(Slaughterhouse-Five)中的外星种族。对于特拉法马多人来说,观察过去并不比走上街头困难。

这种“永恒”的宇宙观与我们通常的想法背道而驰,我们总是认为我们的生活在不断延伸。但是即使在当代物理学中它也拥有信徒。正如我们目前所了解的那样,自然法则对待所有的时刻都同样真实:没有一刻被区别对待,自然法则只是简单地描述着每个时刻与前后时刻之间的关系。

英国物理学家朱利安·巴伯(Julian Barbour)或许是“时间虚幻说”最坚定的倡导者。有趣的是,随时巴伯没有在任何研究机构获得教职,但他在几十年的物理学研究历程中,在著名学术杂志上发表了数十篇论文。为了获取研究资金,他做着翻译工作,俄文的技术论文翻译成英文。而在业余时间,他不知疲倦地研究时间不存在的观念,构建了不需要时间作为基本因素的经典和量子引力的理论模型。

我们必须谨慎地思考“时间并不存在”这句话的含义。即使是巴门尼德或巴伯也会承认钟表的存在,或者迟到的概念。问题在于,随着时间的流逝,每个后续时刻是否真的是由前一刻的存在而发展形成。以电影为例,早期的电影是通过电影胶卷放映的。你可以在电影院内,跟随着胶片放映的速度看电影、谈论整个事件持续了多久。但你也可以潜入放映室,把胶卷整理起来,一下子看完。

反对时间存在的观点认为,思考宇宙的最好方式,就是这些帧的集合。可以预见的是,一定有相反的看法存在。哲学家蒂姆·莫德林(Tim Maudlin)和物理学家李·斯莫林(Lee Smolin)就对前面的观点提出激烈的批评,他们认为时间是真实的,时间的流逝将未来变成了现实。他们把时间看作是真实的参与者,而不是一个记账装置。两位研究者为了支持自己的观点,都开发了新的数学工具和物理模型。

莫德林的新方法聚焦于时空本身的拓扑学,宇宙中的不同点是如何缝合在一起的。虽然传统的拓扑学把空间的局部当做基本的构建模块,莫德林却把世界线(粒子在四维时空的运动轨迹)作为最基本的对象。由此出发,时间的发展看来是物理学最本质的特征。与此相对,斯莫林则认为物理的基本法则本身也是随着时间发展的。我们无法时刻注意到这一点,但扩展到宇宙学的时间尺度,我们认为是固定的参数,可能最终会演变成差异很大的值。

或许,在坚持时间的中心性和否认时间存在这两种观点之间,存在一个明智的中间地带。有些东西是真实的,确实存在而非幻觉,但也并非是基本要素。比如,科学家以往认为的热量像是可以流动的实质,被称为“卡路里”的物质从热的物体传递到冷的物体。而现在我们更清楚地知道:热量只是组成物体的原子和分子的随机运动的外在表现。热量依然是真实的,却被解释得更有深度。也许时间也是如此。

有一天,当我们掌握了物理学的终极法则,我们也会发现,时间的概念并不是那么基本。即使在最终的万有理论中无处可寻,但在我们的宏观世界中,时间也扮演着一个重要的角色。既然如此,当我说时间是“真实”的,也不会有什么问题。我明白对于长大或者周年庆典来说,时间是否是“基本要素”意味着什么。无论时间的真相是什么,我都可以衷心地祝福大家新年快乐。

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