為什么有科學家認為時間是不存在的?
愛因斯坦晚年曾經說過一句話:像我這樣相信物理的人都知道,過去、現在與未來之間的區別,只不過是持久而固執的幻覺。
如果翻譯成禪語,正是《金剛經》中那句著名的讖語:過去心不得,現在心不可得,未來心不可得。
實際上,我一直覺得佛陀或者佛教徒都是科學層面的哲學家,它們的很多思想,比如一沙一世界,比如華藏世界,如云似海,重重無盡等,都可以從微觀或者宏觀來解讀世界,當然,這是題外話,今天我們要討論的重點是,我們中國人尤其重視的貴如金錢的“時間”到底存不存在?
絕對時空觀被顛覆后,時間都去哪兒了?這在20世紀之前,不是一個問題,因為顯而易見,我們的年齡在老去,時間都去哪兒了?
20世紀以來,人類文明進入了“科學大爆炸”的100年,首當其沖的就是1915年的第二次物理學大奇跡年,當時還在瑞士專利局當小公務員的愛因斯坦用手中的紙和筆,憑借著天才的想象和數學工具寫了6篇論文,揭示或者描述了包括我們如今如雷貫耳的相對論,量子理論的奠基之作——光電效應,質能方程,分子論的里程碑等至少贏得至少三個以上諾獎價值的現象或者推論,當然,相對論的偉大根本不需要用諾貝爾獎來證明,正是從這一刻起,愛因斯坦完全顛覆了牛頓所創建的經典物理學大廈的絕對時空觀,將人類帶入了變幻莫測的相對時空觀之后,真正開啟了通往宇宙的時空之門,而量子理論則進一步證明了構成時空的基本粒子不但相對,甚至無序,這在很大程度上意味著,對于我們人類貌似通過科技越來越清晰的世界和宇宙,在某種意義上其實是處于一種茫然不可知的混沌中的。
隨著研究的深入,一開始愛因斯坦將我們最耳熟能詳的時間“變量”引入相對論作為第四時間維的過程中,我們卻發現它的身影越來越模糊,越來越神秘了。
舉個例子,假設你和你的女友在一起,如果你想知道她“現在”在干什么,很簡單,你看看她就知道了。那如果你在上海,女友在華盛頓呢?當然,我們可以打個電話,或者視頻通話。
但是,你看到的、聽到的她,就是此刻的她嗎?
你看到她,只是你接受了從她那里傳到你眼睛里的光線,光需要花一點時間才能傳到你那里,哪怕只是幾納秒的時間。所以,你看到的不是此刻她在干什么,而是幾納秒之前她在干什么。
這不難理解,而且幾毫秒作為人類來說根本感知不到,討論這個仿佛沒有意義,那么我們把尺度拉大,假如你在離地球4光年的比鄰星上呢?光從女朋友這里到你那里,要花4年時間,這就意味著假設你能用望遠鏡看到女友,你只能知道女朋友4年前在做什么。
接下來的問題是,4年之后的我,是不是就跟此刻的女朋友處在同一個時間點呢?
不是的。這就是愛因斯坦的相對論告訴我們的真相。在相對論里,時間和空間是不能分開討論的。可是,我們在定義“現在”這個概念的時候,沒有考慮空間因素,只考慮了時間因素。所以,這個意義上講,在整個宇宙中并不存在一個共同的“現在”。
“現在”就仿佛是遠山,你可以看到它,但是當你走過去的時候,它并不在那里。“現在”不過是人類根據自己的經驗產生的一種模糊的感受。
時間也一樣。
在牛頓的經典物理學時代以及之前,人們都覺得時間是統一的,物理學和天文學也都是在描述統一時間中的現象,但是這個統一的時間其實是人為設定的。愛因斯坦告訴我們,并不存在統一的時間,時間非常非常多,時空中的每一個點都有自己的時間。舉個例子,人類已經發明了比傳統鐘表更精密的儀器來測量時間的差距,可以證明愛因斯坦的觀點。如果你把一個儀器放在喜馬拉雅山頂,另一個放在印度洋的海平面,你會發現,時間在海平面上比在喜馬拉雅山上流速度更慢。今天,這個結論已經不只停留在理論,也應用在現實生活中了。GPS衛星的時間跟地面的時間速度不一樣,就是因為考慮到了時間流速這種微小的差距。
過去未來心不可得,時間甚至沒有方向這還只是開始。繼續深入下去,你會發現,時間還沒有方向。破鏡難圓,覆水難收,發生的事情無法倒轉,這些都是我們對這個世界的基本認識,但是在物理學家眼里,時間不是這樣。時間在物理學里有一個特點,叫作反演不變性(反演就是反過來演示)。但是,你也可以倒著算,算它在過去的位置和速度,這就叫反演。既然正向和反向都可以,我們憑什么說一個方向是未來,另一個方向是過去呢?
這就是物理學方程里透露出的關于時間的秘密——時間其實沒有方向。
我們為什么覺得時間有方向呢?
物理學家認為,時間的方向和熱量有關。這是因為在物理學方程式里,有一個方程是不能反演的,就是熱力學第二定律。這個定律的核心就是熱量只能從高溫物體傳到低溫物體,反過來就不行,也就是說,我們感知到時間有方向和熱量有關。
描述熱量變化的變量叫作“熵”,正因為時間和熱量變化有這種關系,所以物理學家都在猜想,時間的流逝和熵的增大(簡稱熵增)很可能是一回事,是同一件事情的兩種不同表現。
我們知道,熵的增大就是從有序到無序的過程。有序和無序本質上是人主觀的判斷,不是客觀的現象,所以宇宙中也就沒有一種客觀存在的時間。
如果從量子理論來討論也許更為簡潔,量子的變化毫無規律,只是突然出現了,又消失了。但是,如果我們從人類的尺度觀察,就會覺得量子的變化好像是有序的。我們可以這么理解,人的尺度是模糊,一定會忽略掉很多變量;而量子的尺度就是絕對精確的,不會忽略某些變量,相當于考慮到了所有變量。這就說明,我們觀察到有序,是因為在人的尺度上只能模糊地觀察,無法觀察全部的變量。
實際上,我們只能用一種模糊的方式來描述宇宙。這個時候,你才會覺得某些排列是有序的,才會覺變化的過程是從有序到無序,你才會覺得存在熵增,存在時間。那么反過來說,如果我們能夠達到量子級別的精確,熵增不就不存在了嗎?這就等于說宇宙中沒有客觀存在的時間。最終也是最重要的結論是:時間既不是勻速的,也沒有方向。在微觀的量子世界里,它甚至根本就不存在。時間不是世界的基本法則,而是我們人類從特定的視角觀察世界的時候,顯現出來的一個變量。