▲靜態(tài)中的動態(tài)：基思·彼得斯（Keith Peters）用這幅畫探討了這樣一個想法：本質(zhì)上靜態(tài)的世界依然可以使人感覺到動態(tài)。
時間幻覺
● 時間已成為物理學(xué)中非常熱門的一個課題。對大統(tǒng)一理論的追尋正迫使物理學(xué)家重新審視一些非?；镜募僭O(shè)，幾乎沒有什么東西會比時間更加基本。
●一些物理學(xué)家主張，根本不存在時間這種東西。其他一些則認(rèn)為，時間應(yīng)該被“升級”，而不是“降級”。介于這兩種極端觀點之間的，是這樣一個誘人的想法：時間存在，但并不基本。一個靜態(tài)的世界通過某種方式產(chǎn)生了我們所感知的時間。
●哲學(xué)家在蘇格拉底時代之前就開始爭論這樣的想法，但物理學(xué)家現(xiàn)在才使這些想法變得更加具體。根據(jù)其中一個想法，時間或許產(chǎn)生于宇宙被拆分成零碎的方式，我們感受到的時間則反映了這些零碎之間的關(guān)聯(lián)。
在時間幻覺讀這句話的時候，你大概會認(rèn)為此時此刻——也就是“現(xiàn)在”——正在發(fā)生。“現(xiàn)在”給人的感覺很特別，只有它才是“現(xiàn)實”的。不論你如何留戀過去，如何憧憬未來，都只能生活在“現(xiàn)在”。當(dāng)然，你讀那句話的時刻已經(jīng)不是“現(xiàn)在”了。這句才是。換句話說，時間給人的感覺是在不斷流淌，因為“現(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，認(rèn)為“未來”尚未確定，而“過去”不可更改。隨著時間的流淌，這列由不可更改的“過去”、轉(zhuǎn)瞬即逝的“現(xiàn)在”和尚未確定的“未來”構(gòu)成的“列車”不斷前行。這一時間觀念植根于我們的語言、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，卻沒有“你在此處”的標(biāo)簽。“現(xiàn)在”并不存在于物理學(xué)方程之中，時間的流淌也是如此。另外，愛因斯坦的相對論指出，一個特殊的“現(xiàn)在”根本就不存在，所有時刻都是平等的，都同等“現(xiàn)實”。從根本上說，“未來”的尚未確定之處并不比“過去”更多。時間的科學(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)為時間的大多數(shù)特征一條一條從時間中剝離出來，這道裂縫已被拉得越來越大。如今，物理學(xué)里的時間和我們感受到的時間之間已經(jīng)橫亙著一條鴻溝，一個合乎邏輯的結(jié)論呼之欲出——理論物理學(xué)界有許多人開始相信，時間根本就不存在。
一個不存在時間的現(xiàn)實世界，這個概念乍聽起來令人大吃一驚，因為很難想象它如何能夠自圓其說。我們所做的每一件事，都是在時間中做到的。這個世界就是一系列事件通過時間串連而成的鏈條。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……我們能看見種種改變，而改變正是某些屬性相對于時間而發(fā)生的變化。沒有了時間，世界就應(yīng)該完全靜止。主張時間不存在的理論面臨的一大挑戰(zhàn)就是：如果這個世界實際上并沒有在發(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。盡管時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——就像桌子觸摸起來是堅硬的一樣，哪怕它本質(zhì)上只是一大堆內(nèi)部幾乎空無一物的粒子。“堅硬”是粒子的一個整體屬性（collectiveproperty），或者說是演生屬性（emergentproperty，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)成這個世界的基本成分是什么，時間也有可能是它們的一個演生屬性。
演生時間的概念很有可能帶來一場革命，就像一個世紀(jì)以前發(fā)展起來的相對論和量子力學(xué)一樣。愛因斯坦說過，發(fā)展出相對論的關(guān)鍵一步就是他對時間的概念重建。在追隨愛因斯坦的夢想——統(tǒng)一相對論和量子力學(xué)的過程中，物理學(xué)家相信時間又一次成為了問題的關(guān)鍵。2008年，基本問題研究所（Foundational QuestionsInstitute，縮寫為FQXi）以“時間的本質(zhì)”為題，舉辦了一場論文競賽，吸引了現(xiàn)代物理學(xué)界一批響當(dāng)當(dāng)?shù)拇笈⑴c。他們中有許多人堅信，大統(tǒng)一理論描繪的將是一個不存在時間的世界；另一些人則不愿意除掉時間。不過，有一點是所有人都認(rèn)同的：不對時間進(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。
▲關(guān)系構(gòu)成的世界：時間本身或許并不獨(dú)立存在，而是作為描述物體之間相互關(guān)聯(lián)的一種方式出現(xiàn)的。這個想法觸發(fā)了基思·彼得斯的繪畫靈感，把一組組線條彼此圈套起來。
時間的起起落落
牛頓的時間超然于萬物之外，擁有許多符合常理的特征，卻在愛因斯坦的攻擊之下支離破碎。
與諸多常識相符的傳統(tǒng)時間觀念，長期以來受到一系列降級的打擊。時間在物理學(xué)中承擔(dān)過許多工作，但隨著物理學(xué)的逐步發(fā)展，這些工作已經(jīng)一項接一項被“外包”出去了。
盡管初看起來或許并不明顯，但牛頓運(yùn)動定律要求時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)生在何時何地，你都可以客觀地說出它發(fā)生在宇宙中任意一個其他事件之前、之后，還是同時。因此，時間為世界上的所有事件提供了一份完整的先后次序。“同時”是絕對的，是一個與觀測者無關(guān)的事實。不僅如此，時間還必須是連貫的，這樣我們才能定義速度和加速度。
經(jīng)典的時間還必須有一個衡量時間持續(xù)長短的概念，物理學(xué)家稱之為度規(guī)（metric），這樣我們才能說清不同的事件彼此在時間上相差多遠(yuǎn)。比方說，奧運(yùn)會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，我們必須有一個度規(guī)來標(biāo)明一秒鐘有多長。就像事件的先后次序一樣，持續(xù)時間也與觀測者無關(guān)。如果張三和李四都在3點鐘離開學(xué)校，各走各的，6點鐘在家碰頭，那么不論是對張三還是李四來說，這段時間持續(xù)的長短都相等。
從本質(zhì)上來講，牛頓提出，這個世界生來就配備了一個地位超然的母鐘。母鐘以獨(dú)一無二的方式，客觀地將世界分割成時間的一個個瞬間。牛頓物理學(xué)只遵從母鐘嘀嗒作響的腳步，無視其他時鐘。此外，牛頓還覺得時間在流淌，這種流淌給我們提供了一個箭頭，告訴我們哪個方向才是未來——不過嚴(yán)格說來，他的定律并不要求時間非得具有這些額外特征不可。
在今天的我們看來，牛頓的時間觀念或許有些老土，不過只要稍加思索，我們就會為之驚嘆。它的許多特征——次序、連貫、持續(xù)、同時、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地傳承了近兩個世紀(jì)之久。
直到 19世紀(jì)末 20世紀(jì)初，對這一時間觀念的攻擊才拉開序幕。打出第一拳的是奧地利物理學(xué)家路德維希·玻爾茲曼（LudwigBoltzmann）。當(dāng)時他推論說，不論時間是正向還是反向流淌，牛頓定律都同樣適用，因此時間本身并沒有內(nèi)置一個箭頭。相反，他提出，“過去”和“未來”的差別并不是時間所固有的，而是由宇宙中物質(zhì)組織過程的不對稱引起的。盡管物理學(xué)家至今仍在為這一提議的細(xì)節(jié)問題爭論不休 （參見《環(huán)球科學(xué)》2008年第 7期《時間箭頭的宇宙起源》一文），玻爾茲曼還是令人信服地從牛頓時間中剔除了一個特征。
第二輪攻擊則是由愛因斯坦發(fā)動的，他廢除了絕對同時的概念。根據(jù)他的狹義相對論，事件是否發(fā)生在同一時刻，取決于你的速度有多快。發(fā)生事件的真正“舞臺”既不是時間，也不是空間，而是它們的結(jié)合——時空（spacetime）。以不同速度運(yùn)動的兩個觀測者對同一事件發(fā)生在何時何地會有不同的看法，但對于事件所處的時空位置，他們能夠達(dá)成共識。時間和空間都不是基本概念，用愛因斯坦當(dāng)年的大學(xué)教授、數(shù)學(xué)家赫爾曼·閔可夫斯基（HermannMinkowski）的話來說，它們“注定要消散在純粹的陰影之中”。
到了1915年，愛因斯坦發(fā)表廣義相對論，將狹義相對論擴(kuò)展到了存在引力的環(huán)境中，傳統(tǒng)時間的處境就更窘迫了。引力可以扭曲時間，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)一個時間參數(shù)就能把這個世界一秒一秒地區(qū)分開來。在極端情況下，這個世界或許完全不可能分割成時間的一個個瞬間。如此一來，想要說某一事件發(fā)生在另一事件之前或之后也變得不可能了。
廣義相對論中有許多名字里帶有“時”字的函數(shù)，比如坐標(biāo)時（coordinate time）、原時（propertime）和全局時（globaltime）。它們共同承擔(dān)起了牛頓“時間”所做的許多工作，但它們之中似乎沒有哪個能夠擔(dān)當(dāng)?shù)闷?#8220;時間”二字。物理學(xué)并不聽從這些時鐘的指揮，就算聽從，這些時鐘也只對宇宙中的一小塊區(qū)域有效，或者只對某些特定的觀測者有用。盡管物理學(xué)家直到今天才開始為大統(tǒng)一理論必須要消滅“時間”而犯愁，但我們有理由說，“時間”早在 1915年就已經(jīng)丟失，只是我們一直沒有充分正視這一點罷了。
本文作者：
克雷格·卡倫德是美國加利福尼亞大學(xué)圣迭戈分校的哲學(xué)教授。從當(dāng)年的博士論文解釋時間箭頭開始，他就一直在探索時間的哲學(xué)和物理，在物理學(xué)和哲學(xué)期刊上發(fā)表了大量論文，還編輯出版過有關(guān)量子引力和時間的圖書。他為《引進(jìn)時間》 （IntroducingTime）一書寫過插圖說明，還在撰寫一本關(guān)于時間的哲學(xué)、物理學(xué)及認(rèn)知科學(xué)的書，題為《時間：由內(nèi)而外》
（Time: From the Inside Out）。他向我們保證，他對時間的畢生興趣與他的姓氏無關(guān)（卡倫德英文為Callender，與英文中的日歷Calendar 非常相像）。
本文譯者
虞駿博士，《環(huán)球科學(xué)》資深編輯，曾經(jīng)在中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)和南京紫金山天文臺研究宇宙學(xué)及大尺度結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在則熱衷于通過微博（http://t.sina.com.cn/steedjoy），將宇宙里發(fā)生的新鮮事兒分享給大家。
本文審校
黃慶國博士，現(xiàn)為中國科學(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。
