時(shí)間的迷幻

■ 江先華

人們每天都在與各種不同的對(duì)象打交道，這些對(duì)象之中有同類的，有異類的，也有的是人工制造以及人們想象出來(lái)的對(duì)象。比如說(shuō)“時(shí)鐘”，它就是人的經(jīng)驗(yàn)并且通過(guò)形象化而制造出來(lái)的對(duì)象之一。

在物理學(xué)中，時(shí)間的量度以穩(wěn)定的周期運(yùn)動(dòng)為基礎(chǔ)，而且時(shí)間概念包含著時(shí)刻和時(shí)間間隔二個(gè)方面，時(shí)刻表征事件發(fā)生的順序先后，時(shí)間間隔表征物質(zhì)過(guò)程持續(xù)的長(zhǎng)短。然而，事實(shí)上，時(shí)間并沒(méi)有所說(shuō)的這種穩(wěn)定的量度單位，每當(dāng)理想中的時(shí)間出現(xiàn)偏差或者測(cè)不準(zhǔn)的時(shí)候，人們于是采用“正負(fù)值”、“約等于”或“折合”如此之類的數(shù)學(xué)手法進(jìn)行調(diào)和。由此可見(jiàn)，所謂的時(shí)、分、秒和年、月、日這樣的時(shí)間單位，只不過(guò)是為了滿足以及有利于人們認(rèn)識(shí)事物、改造自然和創(chuàng)造文化財(cái)富與物質(zhì)財(cái)富的人為的工具。

時(shí)間是一種工具，是一種知識(shí)，在人類的經(jīng)驗(yàn)中，時(shí)間是必不可少的。因?yàn)檫@樣，日常生活中的大多數(shù)人，便自以為對(duì)于時(shí)間的理解似乎不存在太大的問(wèn)題，但是在科學(xué)界中，時(shí)間問(wèn)題卻讓物理學(xué)家困惑和爭(zhēng)論了2000多年。至今，時(shí)間仍然是一個(gè)說(shuō)不清道不明的話題，成為物理學(xué)家探討的一個(gè)世紀(jì)難題。

早在公元前4世紀(jì)，古希臘哲學(xué)家亞里士多德在《物理學(xué)》一書中就對(duì)時(shí)間下了這樣的定義，“時(shí)間是位于運(yùn)動(dòng)前后的數(shù)”，這就是說(shuō)，“只有在運(yùn)動(dòng)和變化之中才能夠認(rèn)識(shí)時(shí)間”。亞里士多德所說(shuō)的“數(shù)”，大致可以用時(shí)鐘的運(yùn)行來(lái)說(shuō)明。秒針從“12點(diǎn)鐘方向”沿“順時(shí)針”軌道再走回到“12點(diǎn)鐘方向”為“1分鐘”。通過(guò)時(shí)鐘秒針的運(yùn)動(dòng)，我們認(rèn)識(shí)到時(shí)間的“運(yùn)動(dòng)前后的數(shù)”。然而，在表面看來(lái)沒(méi)有參照系的宇宙真空里，是否也存在著時(shí)間的“運(yùn)動(dòng)前后的數(shù)”呢？在當(dāng)時(shí)的亞里士多德看來(lái)，回答應(yīng)該是否定的。

在我們看來(lái)，從所謂的1秒到達(dá)2秒之間，秒針是有“一瞬間”的停頓的。假如設(shè)想，把那些所有的“一瞬間”的停頓都加起來(lái)，我們會(huì)不會(huì)得到時(shí)間呢？不會(huì)。這個(gè)問(wèn)題相當(dāng)于公元前5世紀(jì)的哲學(xué)家芝諾的“飛矢不動(dòng)悖論”。

在芝諾悖論的內(nèi)容中，由于飛行中的箭矢在每一時(shí)刻都有其確定的位置，所以，飛行的箭矢在每一瞬間都處于靜止不動(dòng)的狀態(tài)，如此一來(lái)，不論把多少靜止的箭矢集中起來(lái)，結(jié)果都不會(huì)得到飛行的箭矢。亞里士多德因此而陷入“時(shí)間是什么”的思考，時(shí)間可以被無(wú)限分割變短嗎？我們?cè)趯?duì)時(shí)間的分割中能夠得到“一瞬間”嗎？可是，那“一瞬間”到底又是什么？

飛行中的箭矢本身既然具有了動(dòng)能，而且具有飛行慣性，那么，飛行的箭矢在每一瞬間的靜止?fàn)顟B(tài)的“靜能”是如何產(chǎn)生和來(lái)自哪里呢？或者，每一瞬間靜止的并不是箭矢，而是人的經(jīng)驗(yàn)或思想實(shí)驗(yàn)所捕捉到的箭矢飛行過(guò)程中某一特定時(shí)刻的狀態(tài)。實(shí)際上，芝諾根本不可能于正在飛行的箭矢中收集到靜止的箭矢。

如果說(shuō)，“時(shí)間是位于運(yùn)動(dòng)前后的數(shù)”，那么，一瞬間就是運(yùn)動(dòng)前后的“前之后”和“后之前”之間的某一特定片斷，它不是一個(gè)數(shù)，而是時(shí)間這個(gè)“數(shù)”的過(guò)程狀態(tài)?；蛘哒f(shuō)，這里所說(shuō)的“一瞬間”，只是時(shí)間概念中的一種人為判斷而附加的參照特征。

處于痛苦的人，即使在極其短暫的時(shí)間里也覺(jué)得度日如年，而一個(gè)沉浸于幸?？鞓?lè)之中的人，即使度過(guò)了很長(zhǎng)時(shí)間也會(huì)覺(jué)得時(shí)光瞬間就過(guò)去了。這就是“一瞬間”不是一個(gè)數(shù)的原因，因此也沒(méi)有一個(gè)可固定的量度，這種情形下的一瞬間只是依附在時(shí)間的一種狀態(tài)。

對(duì)于時(shí)間是什么，現(xiàn)代物理學(xué)至今仍沒(méi)有一個(gè)明確的定義，物理學(xué)家對(duì)時(shí)間的看法也各有不同。日出日落，四季循環(huán)，人們?cè)诘厍蛏峡梢杂^察到這樣的自然現(xiàn)象。由此便可得出這樣一種看法，時(shí)間是“按照一定周期反復(fù)發(fā)生的事件重復(fù)出現(xiàn)的次數(shù)”。

許多事件的確讓我們認(rèn)識(shí)到周期性的重復(fù)出現(xiàn)，然而，并非所有的事件都能夠按照一定周期反復(fù)發(fā)生而重復(fù)出現(xiàn)，例如，在熱力學(xué)第二定律看來(lái)，從有序到無(wú)序的轉(zhuǎn)變是不可逆的，從瓶子里揮發(fā)掉的香水，其香氣分子不可能按一定周期反復(fù)多次回到瓶子里，自然而然地再變?yōu)槠孔永锏南闼Ｔ诹硪环N情形中，人們發(fā)現(xiàn)了電子和所有已知的亞原子粒子，它們的運(yùn)動(dòng)規(guī)律并非像精確的時(shí)鐘一樣運(yùn)轉(zhuǎn)。在量子論中，原子的測(cè)不準(zhǔn)性被認(rèn)為是大自然的內(nèi)在本性。

量子場(chǎng)論所描述的“基態(tài)場(chǎng)”，場(chǎng)的“基態(tài)”被激發(fā)而產(chǎn)生相應(yīng)的粒子，這類事件出現(xiàn)的次數(shù)也并非按照一定周期反復(fù)發(fā)生。再有，在真空狀態(tài)下，場(chǎng)處于基態(tài)時(shí)，空間沒(méi)有可觀測(cè)的粒子。因此，有一些學(xué)者從哲學(xué)的角度認(rèn)為，討論一個(gè)空空如也的空間的時(shí)間是沒(méi)有意義的。

顯然，對(duì)于時(shí)間的本質(zhì)，站在不同的學(xué)術(shù)角度有不同的理解，所得出的結(jié)論也不同。在牛頓力學(xué)看來(lái)，時(shí)間是對(duì)稱的。在牛頓力學(xué)中，對(duì)二個(gè)不同的時(shí)間方向是不能區(qū)分的，這就是說(shuō)，根據(jù)牛頓方程式，一個(gè)人是在變老還是在變得年輕，人們將感到茫然。

熱力學(xué)第二定律則否認(rèn)了物理過(guò)程的可逆性，認(rèn)為所有的能量轉(zhuǎn)化都是不可逆的。這使得人們想到了時(shí)間箭頭，似乎覺(jué)得時(shí)間確實(shí)是在流逝的。然而，人們卻看到，植物利用太陽(yáng)光進(jìn)行光合作用，植物又被人利用作為能源，然后再通過(guò)人生產(chǎn)出新的能源（例如太陽(yáng)能）。我們應(yīng)該如何判斷這種時(shí)間箭頭呢？

德國(guó)物理學(xué)家克勞修斯曾經(jīng)說(shuō)：“在一切自然現(xiàn)象中熵的總值永遠(yuǎn)只能增加而不能減少。”按照這個(gè)說(shuō)法，宇宙的熵值最終會(huì)趨向一個(gè)極大值，這時(shí)的宇宙便會(huì)進(jìn)入到死寂的永恒的狀態(tài)。奧地利物理學(xué)家玻耳茲曼也有類似的觀點(diǎn)，他建立了“熵”與系統(tǒng)微觀性質(zhì)的聯(lián)系，認(rèn)為熵的不可逆的增加可以用分子無(wú)序性增長(zhǎng)來(lái)表達(dá)，即：分子分布井然有序，熵減少；分子分布散亂，熵增加。而在玻耳茲曼熵的表達(dá)式中，“不可逆的熱力學(xué)是一個(gè)趨向于概率增加的態(tài)的變化”。由此可見(jiàn)，玻耳茲曼的觀點(diǎn)，反映了不可逆性和牛頓力學(xué)所具有時(shí)間反演不變性的不可調(diào)和。

反映時(shí)間不可逆性和可逆性的例子，在宇宙發(fā)生的事件中以及在人們的日常生活中都可以找到。春夏秋冬是人們最常見(jiàn)到的自然事件，在我們看來(lái)，春天是四季循環(huán)的開(kāi)始，季節(jié)的氣候變化也遵循著春夏秋冬的順序發(fā)生變化。然而，地球的原始?xì)夂蜃兓?，并不是一開(kāi)始就按照這一時(shí)間箭頭，當(dāng)時(shí)的地球氣候十分惡劣，異常多變，就像失靈的儀表上的指針。

一杯以水、咖啡和牛奶混合的飲品，它們不會(huì)再自然分離變成水、咖啡和牛奶。不過(guò)，如果杯子里是由水和泥漿混合的水，那么經(jīng)過(guò)一段時(shí)間之后，泥漿的沉淀會(huì)使得渾濁的水變得清澈起來(lái)。

當(dāng)一只杯子從桌面掉落地上，我們通常想到的是，杯子會(huì)破碎。破碎的杯子不會(huì)自然而然地變成一個(gè)完好的杯子，而且也不會(huì)自然而然地回到桌面上。慶幸的是，意料之外的事件有時(shí)會(huì)發(fā)生，掉落地上的杯子不一定就會(huì)破碎，甚至因?yàn)樵诒拥南侣潼c(diǎn)剛好有一個(gè)膨脹的氣球而反彈跳躍到桌子附近的一張矮小的椅子上。如果考慮到多種因素，比如：杯子撞上一個(gè)較大的氣球，氣球被杯子碰撞時(shí)發(fā)生爆炸，而杯子與氣球碰撞的角度恰好使杯子被彈回到桌面上。當(dāng)然，這種改變了杯子時(shí)間命運(yùn)的概率雖然不多，但由于存在著某種外力作用的可能性，這種概率畢竟是存在的。

人類社會(huì)是一個(gè)開(kāi)放性系統(tǒng)，一群互不相識(shí)的來(lái)自不同地方的人走到了一起。開(kāi)始時(shí)，這一人群是處于無(wú)序狀態(tài)的，由于生存利益的需要，他們之間的關(guān)系逐漸的自然而然的被拉近而變得有序起來(lái)?？墒呛髞?lái)，同樣是由于生存利益的需要，原來(lái)的有序狀態(tài)被分化瓦解，使原有的有序包含了無(wú)序。

從宇宙的演化史看來(lái)，我們有更多的理由相信，宇宙系統(tǒng)同樣也是開(kāi)放性的。太陽(yáng)系是宇宙系統(tǒng)中的一小部分，地球生物物種所經(jīng)歷的從無(wú)到有，從滅絕到爆發(fā)，至今發(fā)展到多樣性的事件就是最好的說(shuō)明。

在宇宙時(shí)間的問(wèn)題上，大爆炸理論并沒(méi)有預(yù)先假設(shè)在宇宙奇點(diǎn)爆炸之前存在任何東西，并且以否決一切對(duì)宇宙奇點(diǎn)的質(zhì)疑，認(rèn)為質(zhì)問(wèn)宇宙奇點(diǎn)之前的事件是“毫無(wú)意義”的。就是在這種宇宙奇點(diǎn)獨(dú)大的前提下，時(shí)間隨著“奇點(diǎn)”的大爆炸開(kāi)始了，于是有了空間、能量、光和飛奔的粒子。

令人疑惑的是，如果宇宙系統(tǒng)是封閉的，大爆炸理論的宇宙奇點(diǎn)根本就不可能出現(xiàn)。無(wú)論宇宙是在膨脹還是在收縮，這一事件至少必須有能量的參與。但是，封閉的宇宙存在著這種足夠大的能量嗎？是什么能量可以把某種莫名的狀態(tài)壓縮成宇宙奇點(diǎn)呢？

在下面的一個(gè)例子中，我們假設(shè)：一位自助旅行的自行車獨(dú)行客在途中暈倒在公路邊，這位自行車旅行者的命運(yùn)結(jié)局可能有二種，第一種可能是，由于被路過(guò)的司機(jī)發(fā)現(xiàn)時(shí)，已經(jīng)錯(cuò)過(guò)了搶救的機(jī)會(huì)而死亡。第二種可能是，幸而被一位司機(jī)及時(shí)發(fā)現(xiàn)送往醫(yī)院而得救。在現(xiàn)實(shí)中，這二種可能性通常是隨機(jī)的。然而，還會(huì)有一種意外情況出現(xiàn)，那就是在這位自行車旅行者被司機(jī)送進(jìn)醫(yī)院之后，醫(yī)生診斷旅行者的心跳已經(jīng)停止，但經(jīng)過(guò)抱著一線希望的搶救，這位旅行者幸運(yùn)地活過(guò)來(lái)了。由死亡到復(fù)活經(jīng)歷過(guò)生命時(shí)間的停頓，生命時(shí)間經(jīng)歷了“現(xiàn)在”的結(jié)束，復(fù)活便意味著進(jìn)入“未來(lái)”。在這種“死而復(fù)生”的事件中，我們?nèi)绾闻袛鄷r(shí)間箭頭呢？復(fù)活者是活在“現(xiàn)在”還是“未來(lái)”呢？

在人類的經(jīng)驗(yàn)中，時(shí)間是有箭頭的，這不僅僅是因?yàn)榭梢粤_列出許許多多的例子，最根本的原因在于，人類的文明需要時(shí)間箭頭。不管科學(xué)家對(duì)時(shí)間本質(zhì)得出什么樣的結(jié)論，時(shí)間箭頭將永遠(yuǎn)不會(huì)失去它在人類社會(huì)中所扮演的重要角色。

時(shí)間的“過(guò)去”、“現(xiàn)在”和“將來(lái)”究竟是什么呢？通俗地說(shuō)，人們?cè)?jīng)經(jīng)歷過(guò)的便是過(guò)去，人們正在思考的時(shí)候就是現(xiàn)在，人們想得到而尚未得到的那種期待著的時(shí)刻就是將來(lái)。

那么，時(shí)間又是什么呢？從眾多表現(xiàn)“時(shí)間”的事件之中，例如：宇宙的演化，天體的運(yùn)動(dòng)，四季的交替，生命的誕生、成長(zhǎng)和死亡等等，我們都可以看到能量的“影子”。從中也似乎可以看到，時(shí)間就是這樣一種過(guò)程，這種過(guò)程是能量的積聚和耗散。

時(shí)間到底是真實(shí)的還是虛幻的？有沒(méi)有一種情況，可以代表時(shí)間真實(shí)的方向呢？至今，人們對(duì)于“時(shí)間”本性仍然感到迷惑。

道家的老子如是說(shuō)：“道可道，非常道；名可名，非常名。”蘇軾的《題西林壁》一詩(shī)如是說(shuō)：“橫看成嶺側(cè)成峰，遠(yuǎn)近高低各不同。不識(shí)廬山真面目，只緣身在此山中?！?/p>