時間只是幻覺嗎？

你在讀著這個句子時，很可能會想著“這一刻”（就是現(xiàn)在），也就是正在發(fā)生的“當下”。此時此刻似乎很獨特、很真實。不管你對過去有多少記憶，對未來如何憧憬，你都活在當下。當然，你閱讀剛剛那句話的那一刻已經(jīng)不再，這句才是當下。換句話說，時間似乎在流動，亦即“當下”也在不斷更新。在我們直覺的深處，未來是開放的，直到它成為現(xiàn)在，而過去已被固定住了。時間流動時，這種過去固定、現(xiàn)在發(fā)生、未來開放的結(jié)構(gòu)不斷在時間中前進。這種結(jié)構(gòu)深植于我們的語言、思考和行為中，我們的一生該怎么過正懸于此。

雖然這種想法很自然，卻無法在科學里找到相應的語言。物理的方程式無法表明哪些事件正在發(fā)生，就像一幅沒有標記“你在此處”的地圖。方程式中沒有“現(xiàn)在”，因此也沒有時間流。除此之外，我們可以從愛因斯坦的相對論中得知，不只是單一的現(xiàn)在不存在，事實上每一刻都同樣真實，未來并不比過去開放。

科學對時間的理解，與我們?nèi)粘Ｉ顚r間的理解有著巨大的鴻溝，這讓歷史上的思想家大感困惑。一旦物理學家逐漸剝奪我們賦予時間的平常屬性，這個鴻溝益形加深。現(xiàn)在，物理時間與經(jīng)驗時間的裂口已深及根基，因為有許多理論物理學家開始認為，時間甚至根本不存在。

時間并非宇宙真實結(jié)構(gòu)的一部分，這種想法剛開始很令人震驚，難以想象它如何說得通。我們所做的每一件事，都是在時間里做的，這個世界就是由時間串起的一連串事件，每個人都可以看到我的頭發(fā)變白、物體移動之類的事件。我們看到了變動，而這種改變是相對于時間而言的。少了時間，世界就會全然靜止。一個沒有時間參數(shù)的理論，就必須解釋：如果世界實際上并沒有變動，為什么我們會看到事件的變化。

最近的研究正嘗試面對這項挑戰(zhàn)。雖然時間可能并不存在于最基本的層次，但它可能在較高的結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生：這就像桌子雖然是由一堆內(nèi)部幾乎空空如也的粒子所組成，但摸起來還是很結(jié)實。固體是粒子集體浮現(xiàn)的性質(zhì)，因此時間也可能是由世界某些基本組成浮現(xiàn)出來的性質(zhì)。

“時間乃浮現(xiàn)的性質(zhì)”，這種想法有可能和一個世紀前的相對論或量子力學同樣具有革命性。愛因斯坦曾說，他在構(gòu)思相對論時，最關鍵的進展來自于他對時間的重新理解。而物理學家在追求統(tǒng)一相對論與量子力學的夢想時，他們相信時間一樣是個關鍵。許多人認為，統(tǒng)一理論描述的會是個沒有時間的世界，有些人則極不愿放棄時間這個概念。不過他們都同意，要在統(tǒng)一理論上有進展，就必須先對時間做深入思考。

在過去這段日子里，我們對時間的豐富常識不斷受到否定。時間在物理學中舉足輕重，但隨著物理學的進展，這些功能逐一被其他東西取代。

乍看之下或許并不明顯，不過牛頓的運動定律就對時間的特性有些特定要求。原則上，所有的觀察者都會同意事件發(fā)生有先后順序。古典物理假設，不管一個事件發(fā)生于何時何地，你都可以客觀地說明，它跟宇宙中的另一件事件比較起來，是先發(fā)生、后發(fā)生還是同時發(fā)生。因此，時間讓世界上所有事件排列得井然有序，而且這個順序是絕對的事實，不會因觀察者的不同而有所改變。還有，時間必須是連續(xù)的，這樣我們才能定義速度與加速度。

古典物理中的時間，還必須具備持續(xù)的概念（也就是物理學家所說的“度量標準”），這樣才能判定兩個事件相隔多久。當我們說奧運短跑選手波特每小時可以跑43千米，我們必須能測量1小時是多久。跟事件的順序一樣，時間持續(xù)的長短也是與觀察者無關的。如果艾麗斯與鮑伯15時離開學校，各走各的，然后18時回到家碰面，那么艾麗斯所經(jīng)歷的時間會等于鮑伯所經(jīng)歷的時間。

基本上，牛頓提議這個世界里有個主定時器，它將這世界以唯一且客觀的方式切出某一瞬間，牛頓的物理僅依這座鐘的滴答聲行走。此外，牛頓覺得時間在流動，其流向告訴我們哪一個方向是未來，不過，這個額外的性質(zhì)并非牛頓的運動定律必須具備的。

對現(xiàn)代的我們來說，牛頓對時間的詮釋可能已經(jīng)過時了，但稍微想一下，會發(fā)現(xiàn)它很令人驚訝。它的許多特征在邏輯上都是不相關的（諸如順序、連續(xù)性、持續(xù)性、同時性、流動與方向），然而它們?nèi)欢翟谂ｎD稱為“時間”的這個主定時器里。這些特征組合運作得很成功，所以歷經(jīng)近兩個世紀都沒受到修正。

19世紀耒20世紀初，攻擊來了。第一波是奧地利物理學家路德維?！げㄆ澛难芯?。他推論，由于牛頓定律在時間里往前或往后都同樣可行，所以時間并沒有內(nèi)建方向。因此，他提議過去與未來的差別不是時間固有的，而是起源于宇宙以不對稱的方式在組織物質(zhì)。物理學家仍在爭論這種說法的細節(jié)，不過波茲曼已經(jīng)很有說服力地拿掉了牛頓時間里的一項特征。

下一波攻擊來自愛因斯坦，他摒棄了絕對同時陛的概念。根據(jù)他的狹義相對論，事件是否同時發(fā)生與你跑多快有關。事件發(fā)生的舞臺并非時間或空間，而是二者的合體——時空。兩位觀察者若以不同速度移動，對一個事件在何時、何處發(fā)生會有不同觀點，但對其在時空里的位置則沒有歧見。時間與空間是次級的概念，如同愛因斯坦的大學老師、數(shù)學家赫爾曼·明可夫斯基的名言：“這二者必將淡出成為幻影?！?/p>

1915年，愛因斯坦的廣義相對論出現(xiàn)，狹義相對論也被推廣到重力的領域，此時事情變得更糟。重力會扭曲時間，所以這里經(jīng)過的1秒和那里經(jīng)過的1秒可能不相同。能讓時鐘同步并持續(xù)保持同步，原則上也十分罕見。你無法將這個世界想象成是根據(jù)單一的時間參數(shù)，滴答滴答地逐一展開出來。在極端的情況下，這個世界可能根本沒辦法被切割成一個個瞬間。如此一來，就不可能說一個事件比另一個事件發(fā)生得早或晚了。

廣義相對論里有許多函數(shù)會用到“時間”一詞：坐標時間、局部時間（又稱“原時”）、全域時間?？偟膩碚f，它們執(zhí)行了許多牛頓單一時間所做的事，但個別來說，沒有一個配得上這個名詞。要不就是物理不聽從這些時鐘，或者是即使聽從，這些時鐘也只適用于宇宙里的一小塊區(qū)域或特定的觀察者。雖然現(xiàn)在的物理學家認為時間應該被從統(tǒng)一理論中剔除，但我們很有理由說，時間自1915年就消失了，只是我們尚未完全領悟到這件事。

（張小寧 插圖）