過去?，F(xiàn)在。未來(lái)。在物理學(xué)里，它的名字叫做時(shí)間。
對(duì)你，對(duì)我，對(duì)任何一個(gè)人。時(shí)間之箭始于期預(yù)，貫穿經(jīng)歷，埋入回憶。
但是最新科學(xué)理論認(rèn)為，時(shí)間之所以流逝，是因?yàn)槿祟惖扔^察者的存在。每個(gè)人都有屬于自己的時(shí)間。
時(shí)間之箭的問題已經(jīng)我們已經(jīng)討論了數(shù)十年。不是懷疑它是否存在，而是在弄清它前進(jìn)的方向。許多物理學(xué)家認(rèn)為，時(shí)間在量子尺度的微小粒子中開始，當(dāng)微小粒子相互作用影響到了宏觀世界，它所在的空間中就出現(xiàn)了時(shí)間。一百年前，愛因斯坦在德國(guó)《物理年鑒》(Annalen der physik)上發(fā)表了狹義相對(duì)論與廣義相對(duì)論的論文。他告訴我們時(shí)間是相對(duì)的，與觀察者在空間里的運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)。
而今年將被同一刊物收錄的一篇論文中(目前可在arXiv.org閱讀)，兩位科學(xué)家指出，引力的強(qiáng)度不足以讓宇宙中的一切事物按照過去>現(xiàn)在>未來(lái)的方向走下去。換句話說，時(shí)間之箭只屬于觀察者自己。
要試圖理解這個(gè)問題，讓我們先回到目前物理學(xué)面臨的最大挑戰(zhàn)——量子力學(xué)與經(jīng)典力學(xué)的結(jié)合。量子力學(xué)中的微觀粒子可以存在于兩個(gè)地方，只有被觀察到的時(shí)候才會(huì)具有固定位置。這被叫做“疊加態(tài)”。
但是一旦超越了量子尺度，微觀粒子就開始與其它的物質(zhì)產(chǎn)生作用。量子力學(xué)變得不再適用，引力的存在也變得更加明顯，整個(gè)物體在數(shù)學(xué)上進(jìn)入了經(jīng)典力學(xué)的范疇。伯克利物理學(xué)家Yasunori Nomura表示，“單個(gè)電子與原子的位置是由概率決定的”，但當(dāng)它們組成了更大的物體(如乒乓球)，這些單獨(dú)的概率融為一體，這個(gè)物體也進(jìn)入疊加態(tài)的可能性就明顯消退(你不看乒乓球的時(shí)候它一般仍在那里)。
因?yàn)樵谖锢韺W(xué)上沒有位置來(lái)進(jìn)行比較，時(shí)間對(duì)于只存在于概率中的粒子沒有意義。當(dāng)這些圍觀粒子聚合在一起，經(jīng)過一個(gè)叫做退相干(decoherence)的過程后，經(jīng)典力學(xué)取代了量子力學(xué)。時(shí)間的方向也在這個(gè)地方才顯現(xiàn)出了意義。因此，大多數(shù)物理學(xué)家認(rèn)為時(shí)間之箭始于“退相干”。
有關(guān)退相干最著名的詮釋是一個(gè)惠勒-德維特(WdW)方程的理論。1965年的一天，物理學(xué)家John Wheeler在機(jī)場(chǎng)等中轉(zhuǎn)的飛機(jī)，并把他的同事Bryce DeWitt叫來(lái)消磨時(shí)間。他們熱烈地討論著各種理論，忽然想出了一個(gè)能模糊量子與經(jīng)典力學(xué)之箭的界限的公式。
這個(gè)公式并不完美，但它幫助了人們理解退相干與另一個(gè)叫做量子引力的理論。WdW公式給人們提供了結(jié)合宇宙中宏觀與微觀部分的道路。
而這個(gè)公式中，表示時(shí)間的變量并不存在。
五十年后，物理學(xué)家Dmitriy Podolskiy與生物學(xué)家Robert Lanza寫下了本文正在討論的那篇論文。他們聲稱在WdW方程中，引力的影響不足以對(duì)宇宙時(shí)間的方向造成影響。Lanza表示，“如果你計(jì)算一下，你會(huì)發(fā)現(xiàn)這個(gè)公式?jīng)]有解釋時(shí)間的方向從何而來(lái)?！痹诠J(rèn)的理論中，微觀粒子在被引力控制之前都保持著自己的時(shí)間方向。但如果引力不足以在退相干的過程中控制住這些物質(zhì)的相互作用，則由微觀粒子組成的大型物體也就不具有統(tǒng)一的時(shí)間方向。
在這種情況下，時(shí)間并不是客觀存在的。時(shí)間會(huì)流逝，只是因?yàn)槲覀儽簧聛?lái)以后，就在生理上、神經(jīng)上與思想上帶有“體驗(yàn)”此類光陰的能力。想象一只巨大的薛定諤貓。在宇宙中一個(gè)沒有觀察者的角落，時(shí)間可能是從前往后走。但人類一旦把望遠(yuǎn)鏡指向哪里，時(shí)間就會(huì)顯現(xiàn)出我們習(xí)慣的方向。Lanza說，“愛因斯坦在他相對(duì)論的論文中表示，時(shí)間對(duì)觀察者來(lái)說是相對(duì)的，我們的理論走得更遠(yuǎn)，說時(shí)間是被觀察者創(chuàng)造出的?！?/p>
這并不是一個(gè)全新的理論(意大利物理學(xué)家Carlo Rovelli去年發(fā)表了同一題材的論文)，它也并未得到廣泛認(rèn)可。Nomura點(diǎn)出，如果在數(shù)學(xué)上排除系統(tǒng)中的觀察者后還能定義時(shí)間的概念，才能說明“觀察者時(shí)間”是真實(shí)的。但論文作者表示，因?yàn)樗泄绞怯扇诉@個(gè)觀察者歸納出的，觀察者無(wú)法在任何公式中被排除。
Nomura還認(rèn)為論文作者沒有考慮到整個(gè)宇宙都存在于時(shí)空(spacetime)這樣一個(gè)無(wú)相干的系統(tǒng)之中。他只是不贊同論文的結(jié)論，并不打算說這個(gè)理論是錯(cuò)的。畢竟在很長(zhǎng)一段時(shí)間里，物理仍將是門不完善的科學(xué)。按照相對(duì)論，每個(gè)理論對(duì)物理的理解也都是相對(duì)的。
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