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如果說時間是真實的那麼,它來自哪裡?時間是否是大爆炸中產生的

我們對時間了解得越多,就越是對它感到焦躁不安,就像一團亂麻,剪不斷,理還亂。為什麼它只往一個方向流動?它是真實的存在,抑或只是我們想像中的幻覺?時間旅行有可能嗎?它是怎樣開始的?它會結束嗎?它能夠提供晦澀難懂的萬物至理嗎? 時間為何物? 時間是什麼?正是這個問題,一直困擾著從古代哲學家到啟蒙運動以及之後的許多科學家。然而,歷經幾千年的思索和科學進步,人們對有關時間的屬性仍未達成共識。我們能夠認識時間卻不理解時間,甚至在調查時間的方法上,都還存在嚴重的分歧。

這也許是因為,對時間的深刻理解已經證明,我們的進步幾乎是多餘的。比方說,在物理學中,牛頓的運動定律、愛因斯坦的廣義相對論和量子論都無須我們了解時間的屬性,就可以使它們起作用。即使鐘錶匠,也無須理解時間。

但時間的確給了我們一些線索,讓我們知道應該把注意力集中在什麼地方。因為一隻時鐘必須有某種運動的部件來測量時間的流逝,這可能是一個棘輪裝置,一個振動的石英晶振片,或是一個來自放射性原子的粒子噴發——不管怎樣,必須有運動。

當某物運動時,它就有了改變。因此時鐘告訴我們,時間總是同變化有著某種形式的關聯。然而到目前為止,我們的認識僅此而已。從這點出發,關於時間的理解,人們被引向兩條完全不同的道路。

第一種意見認為,時間是宇宙中一種真實的基本屬性。就像空間或者質量一樣,它本身就存在,並提供了活動在其中發生的框架。艾薩克·牛頓就持這種觀點,認為必須把時間看成像家裡的牆壁一樣實在。直到那時,你才能自信地測量一件物體的運動有多快。

愛因斯坦擺脫了這種刻板的概念。

他的理論摒棄了時空存在於它們自身的概念,甚至認為「時間什麼也不是,而是一種頑固而持久的幻覺」。然而,時空可能仍提供了一個有用的測量宇宙的參考系,或者就像物理學家布萊恩·格林在他的著作《宇宙的經緯》中所寫的那樣,「時空是一件值得重視的事」。

第二種觀點認為,變化是宇宙的基本屬性,時間從我們的心力中顯現出來,去組織我們周圍所能看見的變化著的世界。牛頓的主要對手哥特弗雷德·萊布尼茲十分認同這種解釋,認為時間是不真實的,只是我們頭腦中創造出來的。

因此,我們面臨一個難題:時間是真實的嗎?

物理學家和哲學家對這個問題仍爭得不可開交,不只是因為量子力學把這個問題搞得使人更加糊塗。主要原因之一是,這些答案可能把我們引向可以解釋所有粒子和自然之力的「萬物至理」。

另一個問題也顯得突出。如果說時間是真實的,那麼,它來自哪裡?直到最近,大多數物理學家還假設,當物質、能量和空間本身誕生的時候,時間就從宇宙大爆炸當中形成。

因此,任何認為時間存在於大爆炸之前的觀點都被認為是不恰當的。然而現在,他們並不太確定。「我們無權宣稱,宇宙和時間就始於大爆炸,或者說,存在某種史前史。」帕薩迪納市加州理工學院的肖恩·卡羅爾說,「公開發表的言論中,持這兩種意見的人都很多,但就我自己而言,我還是贊同宇宙永遠持續的觀點。」

弦論已引導人們對這種觀點進行重新評價。在這些假設的對標準物理學的擴展中,現實由比我們熟悉的四維更多的維度組成。雖然我們不能直接感知其他那些領域,但它們卻提供了交替宇宙存在的地方。這些宇宙在一系列大爆炸時從彼此中萌芽,也就是說,我們的宇宙誕生於另一個宇宙。因此,在我們這個宇宙大爆炸之前,時間的確已經存在了,之前的宇宙甚至很可能給我們留下它們本身的線索。

近幾年,卡羅爾及其同事指出,大爆炸輻射殘留物中的特性也許就是早期宇宙的特徵。牛津大學的羅傑·彭羅斯和亞美尼亞耶烈萬州立大學的古扎德亞進一步研究指出,在這個宇宙微波背景中的圓形組合,就是一系列先前宇宙和大爆炸的證據。現在,歐空局的或「普朗克」衛星已經發布了最新的宇宙微波背景輻射圖,我們將有機會驗證這些觀點。

現在,我們無法避開這些問題的困擾,我們也無法想像某一天它會帶來怎樣極其深刻的答案。而今,我們不得不比任何時候都更加大膽地面對我們對於時間的無知。

為什麼時間之箭有去無回?

向前走幾步,轉身再往回走,這沒問題。現在,讓幾秒過去,然後調頭向後走幾秒。沒辦法?當然!我們完全清楚,時間不像空間,它只有一個方向——從過去流向未來,絕無拐點。

這一切聽起來好像不過是事物的自然順序而已,但如果你對自然觀察得夠仔細的話,就會發現事情並非如此。徹底研究物理定律,找不到這樣的時間之箭。比如,你可以利用牛頓的運動定律,算出過去的一個球從何處拋出,就像算出未來它將降落的地點一樣準確。而就粒子而言,無論過去還是未來,支配它們特性的規律和力是不變的。「真正奇怪的是,在這個世界上,我們所知的物理學定律在時間上,不論向前還是向後無疑都應該可以起作用,」澳大利亞新南威爾士州悉尼大學的科學哲學家迪恩·里克萊斯說,「應該沒有一支時間之箭。」

如果時間之箭不在物理學定律之內,那它又來自哪裡?一條重要線索從大量粒子的複雜交互作用中顯現出來。你所看見的一切,包括你自己,都是由眾多粒子組成的。這些粒子並不只是停留在周圍,它們在不停地四處移動並重新排列著。

肉眼可見的系統,比如說一坑水或一粒冰晶,物理學家都歸因於熵。熵體現了在不改變其總體外觀的情況下,你可以重新排列一個系統的方式的數量。

一坑水可以由眾多的方式排列H2O分子,使它成為較高的熵值系統;而一粒冰晶則必須以非常精確的方式排列,因為排列方式較少,所以它是低熵態。

就純統計學意義而言,高熵系統總是比低熵系統更多可能,因為有更多的方式去產生它們。這就是為什麼如果給定的溫度高到足以讓分子四處移動,進入新的排列,你就會看見冰變成水,而絕不會看見一個水坑自然而然地結冰。的確,如果你在影片中看見這樣一個場景:在一個溫暖的日子,一個水坑突然結冰,你會推斷這部影片是在倒著播放——時間在往回移動。


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