時(shí)間從未流逝?物理學(xué)家:過(guò)去與未來(lái)可能只是錯(cuò)覺(jué)
編輯:黃榮 信息來(lái)源: 西e網(wǎng)-新浪網(wǎng)發(fā)布時(shí)間:2019-5-15
我們的感覺(jué)是,時(shí)間在流逝:也就是說(shuō),過(guò)去是確定的,未來(lái)是不確定的,現(xiàn)實(shí)就在當(dāng)下。但很多物理學(xué)家和哲學(xué)家卻有不同的看法。他們認(rèn)為,時(shí)光流逝很可能是一種錯(cuò)覺(jué),時(shí)間其實(shí)根本沒(méi)有流動(dòng)。而意識(shí)涉及到的也許是熱力學(xué)或量子力學(xué)過(guò)程,它們?yōu)槲覀兲峁┝嗣繒r(shí)每刻的生活印象。
從確定的過(guò)去到有形的現(xiàn)在,再到不確定的未來(lái),我們感覺(jué)好像時(shí)間在不可阻擋地流逝。時(shí)光流逝可能是人類對(duì)世界的感知中最為基礎(chǔ)的方面,因?yàn)槲覀冊(cè)趦?nèi)心深處感受到時(shí)間在逐漸溜走,這種感覺(jué)甚至比我們對(duì)物質(zhì)或者空間的感知更真切。
然而,這些觀點(diǎn)卻和一個(gè)深刻且令人震撼的悖論沖突:在現(xiàn)有的物理學(xué)中,找不到時(shí)間流動(dòng)這個(gè)概念。實(shí)際上,物理學(xué)家堅(jiān)稱時(shí)間根本沒(méi)有流動(dòng),它僅僅是存在。一些哲學(xué)家甚至主張,時(shí)光流逝這個(gè)概念是無(wú)意義的,對(duì)時(shí)間流動(dòng)的討論是建立在一種錯(cuò)覺(jué)之上的。在我們所處的物理世界中,時(shí)間是最為基本的,對(duì)于這樣的問(wèn)題怎么會(huì)出錯(cuò)呢?還是說(shuō),時(shí)間有某種關(guān)鍵的特性尚未被科學(xué)家所認(rèn)識(shí)?
時(shí)間并非必不可少
日常生活中,我們把時(shí)間分成三個(gè)部分:過(guò)去、現(xiàn)在和未來(lái)。盡管這看起來(lái)是顯而易見(jiàn)的,但與現(xiàn)代物理學(xué)相違背。愛(ài)因斯坦曾在寫(xiě)給一個(gè)朋友的信件中表達(dá)了這一點(diǎn),“過(guò)去、現(xiàn)在和未來(lái)僅僅是一種錯(cuò)覺(jué),雖然是極為頑固的那種。”愛(ài)因斯坦令人吃驚的結(jié)論直接來(lái)自于他的狹義相對(duì)論,該理論認(rèn)為,現(xiàn)在這個(gè)時(shí)刻并不具備任何絕對(duì)而普遍的意義。根據(jù)這個(gè)理論,“同時(shí)”是相對(duì)的。在一個(gè)參考系下同時(shí)發(fā)生的兩件事,但如果從另一個(gè)參考系觀察,它們就可能發(fā)生在不同的時(shí)刻。
“現(xiàn)在火星上正發(fā)生什么?”這樣的問(wèn)題是沒(méi)有確定答案的。問(wèn)題的關(guān)鍵在于,地球和火星離得很遠(yuǎn),大概有20光分的距離。因?yàn)樾畔o(wú)法傳播得比光快,在地球上的觀測(cè)者是無(wú)法知道同一時(shí)刻火星上的情況的。他必須在事情發(fā)生之后,當(dāng)光有機(jī)會(huì)通過(guò)兩個(gè)星球之間的空間時(shí)才能推斷出答案。在推斷過(guò)去的事件時(shí),推斷結(jié)果會(huì)因觀測(cè)者的速度不同而有所不同。
在下面的場(chǎng)景中,兩個(gè)人——一個(gè)坐在休斯敦的地球人和一個(gè)正在以80%的光速橫穿太陽(yáng)系的“火箭客”——嘗試來(lái)回答“現(xiàn)在火星上正發(fā)生什么?”這個(gè)問(wèn)題。一個(gè)火星上的人同意在他的表針指向12點(diǎn)整的時(shí)候吃午飯,同時(shí)發(fā)送出信號(hào)。
這樣的不協(xié)調(diào)使得任何給現(xiàn)在的時(shí)刻賦予一個(gè)特殊地位的嘗試都是徒勞的。關(guān)鍵在于,這個(gè)“現(xiàn)在”是對(duì)誰(shuí)而言的?如果你和我處在相對(duì)運(yùn)動(dòng)中,對(duì)于一個(gè)事件,我可能會(huì)判斷為還處于尚未決定的未來(lái),而對(duì)于你來(lái)說(shuō),這一事件可能已經(jīng)存在于確定的過(guò)去了。
最直截了當(dāng)?shù)慕Y(jié)論就是過(guò)去和未來(lái)都已確定?;谶@個(gè)原因,物理學(xué)家更喜歡把時(shí)間當(dāng)成是總體上已經(jīng)布局好了的全景時(shí)間,所有過(guò)去的和未來(lái)的事件都已經(jīng)一起在那里了,這種想法有時(shí)候被稱為“塊時(shí)間”。那種認(rèn)為有一個(gè)特殊的時(shí)刻“現(xiàn)在”,或者認(rèn)為有一種過(guò)程可以把未來(lái)系統(tǒng)地變成現(xiàn)在的想法,是與上述全景時(shí)間的觀點(diǎn)不符的??傊?,物理學(xué)家眼中的時(shí)間不會(huì)消逝或者流動(dòng)。
時(shí)間沒(méi)有流逝?
在提及“時(shí)間的流逝”時(shí),我們究竟在表達(dá)什么意思?多年以來(lái),一些哲學(xué)家仔細(xì)對(duì)此進(jìn)行了考察,他們得到了一個(gè)與物理學(xué)家相同的結(jié)論:“時(shí)間流逝”的概念是不自洽的。畢竟,這種觀念類比了物體的運(yùn)動(dòng)。人們通過(guò)測(cè)定物體的位置隨著時(shí)間的改變,進(jìn)而談?wù)撐矬w的運(yùn)動(dòng),比如穿過(guò)空間的箭。但是,談?wù)摃r(shí)間本身的運(yùn)動(dòng)是什么意思?它運(yùn)動(dòng)時(shí),是相對(duì)于什么而言呢?其他類型的運(yùn)動(dòng)是把一種物理過(guò)程和另一種關(guān)聯(lián)起來(lái),而“時(shí)間的流動(dòng)”則是把時(shí)間和自己關(guān)聯(lián)在一起。“時(shí)間走得有多快?”這樣的問(wèn)題本身就暴露了時(shí)間流逝觀念的荒唐,而“每秒鐘前進(jìn)一秒鐘”這樣的回答也等于什么都沒(méi)有說(shuō)。
雖然在日常生活中,“時(shí)間在流逝”這樣的表述很方便,但并不是一定要借助這種表達(dá)才能把事情說(shuō)清??紤]下面的場(chǎng)景:愛(ài)麗絲希望有一個(gè)白色的圣誕節(jié),但是當(dāng)那天到來(lái)時(shí)只下了雨,她很失望;第二天下雪了,她很高興。盡管這個(gè)描述充滿了時(shí)態(tài)并提及了時(shí)間的流逝,但只要把愛(ài)麗絲的心情和日期一一對(duì)應(yīng)地列出來(lái)就能表達(dá)相同的信息,而在這種表述方式里無(wú)需提及時(shí)間的流逝或世界的變化。下面乏味的流水賬就足夠了:
12月24日:愛(ài)麗絲期待一個(gè)白色的圣誕節(jié)。
12月25日:下雨了,愛(ài)麗絲很失望。
12月26日:下雪了,愛(ài)麗絲很高興。
在這個(gè)描述中,沒(méi)有什么發(fā)生或者改變,只有這個(gè)世界在不同日子的狀態(tài)和那天愛(ài)麗絲的心情。
類似的爭(zhēng)論可以追溯到古希臘的哲學(xué)家,比如巴門(mén)尼德(Parmenides)和芝諾(Zeno)。一個(gè)世紀(jì)以前英國(guó)的哲學(xué)家約翰·麥克塔格特(JohnMcTaggart)力圖弄清兩種描述之間的區(qū)別。一種描述方式是記述事件的發(fā)生,他稱為A系列;另一種描述方式是列出日期和當(dāng)時(shí)世界的狀態(tài),稱為B系列。每一種看起來(lái)都是對(duì)現(xiàn)實(shí)的真實(shí)描述,然而兩種觀點(diǎn)看起來(lái)又似乎是矛盾的。比如,事件“愛(ài)麗絲感到失望”曾處在將來(lái),然后是現(xiàn)在,最后變成過(guò)去。但是,過(guò)去,現(xiàn)在和未來(lái)是三個(gè)互不歸屬的類別,那么單一事件怎么能同時(shí)被歸入這三類呢。麥克塔格特利用A和B系列之間的這種沖突來(lái)論證時(shí)間的不真實(shí)性。這是一個(gè)略顯極端的結(jié)論。大部分物理學(xué)家的觀點(diǎn)則更加溫和:時(shí)間的流動(dòng)是不真實(shí)的,但是時(shí)間本身卻是和空間一樣真實(shí)存在的。
在時(shí)間中前進(jìn),而非時(shí)間在前進(jìn)
我們?cè)谟懻摃r(shí)間流逝時(shí)遭遇的困惑,主要源于時(shí)間流逝與所謂的時(shí)間箭頭之間的關(guān)系。否認(rèn)時(shí)間流動(dòng)并不是說(shuō)過(guò)去和未來(lái)在物理上沒(méi)有區(qū)別。不可否認(rèn)世界上的事件構(gòu)成了一種單向序列。比如,一個(gè)雞蛋掉在地板上會(huì)摔碎,然而相反的過(guò)程,即一個(gè)破碎的雞蛋自發(fā)地組成一個(gè)完整的雞蛋絕不會(huì)被看到。這是熱力學(xué)第二定律的一個(gè)例子,其表述為封閉系統(tǒng)地熵——可以理解為混亂的程度——會(huì)隨著時(shí)間上升。
因?yàn)樽匀唤缰谐錆M了不可逆的物理過(guò)程,所以熱力學(xué)第二定律在這個(gè)世界發(fā)揮了關(guān)鍵性的作用,導(dǎo)致時(shí)間軸上過(guò)去和未來(lái)兩個(gè)方向出現(xiàn)了明顯的不對(duì)稱。按照慣例,時(shí)間之箭指向未來(lái)。但這不意味著時(shí)間之箭是“飛向”未來(lái)的。就像羅盤(pán)指向北方并不表示羅盤(pán)向北運(yùn)動(dòng)。這兩種箭頭指示的都是一種不對(duì)稱性,而不是一種運(yùn)動(dòng)。用“過(guò)去”和“未來(lái)”指示時(shí)間的方向是可以的,就像“上”和“下”可以用于表示空間的方向,但是談?wù)撨^(guò)去或者未來(lái)本身就如談?wù)撋虾拖乱粯?,是無(wú)意義的。
想象一段記錄雞蛋落到地板上碎掉的過(guò)程的影片,我們用這個(gè)例子可以生動(dòng)地說(shuō)明過(guò)去、未來(lái)的概念與“過(guò)去本身”、“未來(lái)本身”概念的區(qū)別。如果影片用放映機(jī)倒放,每個(gè)人都能看出其順序是不真實(shí)的。現(xiàn)在想象如果把電影膠片剪成一個(gè)個(gè)鏡頭并隨機(jī)打亂,那么把這堆鏡頭重新排列成正確的順序是簡(jiǎn)單的工作:把破碎雞蛋的畫(huà)面放在頂端,把完整的雞蛋放在最下面。這樣可以排列出一個(gè)空間中的序列,保持了由時(shí)間箭頭帶來(lái)的不對(duì)稱性,證明時(shí)間上的不對(duì)稱性是世界的一種性質(zhì),而不是時(shí)間本身的性質(zhì)。要顯示出時(shí)間箭頭并不用真的把影片放映一遍。
鑒于物理學(xué)和哲學(xué)中多數(shù)對(duì)時(shí)間的分析都沒(méi)能發(fā)現(xiàn)任何時(shí)間流動(dòng)的跡象,那么留給我們的就是一些謎團(tuán)。世界在連續(xù)地流動(dòng)——這種根深蒂固的印象是源于何處呢?某些研究者,尤其是諾貝爾獎(jiǎng)得主、化學(xué)家伊利亞·普里高津(IlyaPrigogine)主張,物理學(xué)的不可逆過(guò)程使得時(shí)間流動(dòng)成了世界的一個(gè)客觀性質(zhì)。但是我和其他一些人則認(rèn)為這仍然是某種錯(cuò)覺(jué)。
畢竟,我們沒(méi)有真正地觀測(cè)到時(shí)間的流逝。我們真正觀測(cè)到的是,世界較晚時(shí)候的狀態(tài)不同于我們記憶中先前的狀態(tài)。我們記得過(guò)去而不記得未來(lái),這體現(xiàn)的不是時(shí)間在流逝,而是時(shí)間的不對(duì)稱性。用時(shí)鐘測(cè)量不同事件之間的持續(xù)時(shí)間很像是用卷尺測(cè)量不同地方間的距離;這不是在測(cè)量一個(gè)時(shí)刻接替另一個(gè)時(shí)刻的“速率”。因此,看起來(lái)時(shí)間之流是主觀的,而不是客觀的。
活在當(dāng)下
這種錯(cuò)覺(jué)迫切需要解釋,解釋可以是心理學(xué)層面上的,也可能是神經(jīng)生物學(xué)、語(yǔ)言學(xué)的或是文化層面上的?,F(xiàn)代科學(xué)還沒(méi)有開(kāi)始考慮我們是如何感受到時(shí)間流逝的,我們只能猜測(cè)答案。它也許和大腦的某些功能有關(guān)。如果身體旋轉(zhuǎn)幾圈并突然停止,你會(huì)感到頭暈。主觀上看起來(lái),好像是世界在圍繞著你旋轉(zhuǎn),但是眼睛清楚地告訴你:事實(shí)并非如此。你周圍的物體看上去在運(yùn)動(dòng),其實(shí)是內(nèi)耳里的液體旋轉(zhuǎn)所造成的一種幻覺(jué)?;蛟S時(shí)間流動(dòng)也與此類似。
時(shí)間的不對(duì)稱性有兩個(gè)方面可以讓我們產(chǎn)生時(shí)間在流動(dòng)的錯(cuò)覺(jué)。
第一個(gè)是過(guò)去和未來(lái)之間的熱力學(xué)差異。正如物理學(xué)家在過(guò)去的幾十年所認(rèn)識(shí)到的那樣,熵的概念與系統(tǒng)的信息含量是緊密相關(guān)的。由于這個(gè)原因,記憶的形成是單向過(guò)程——新的記憶增添信息并增加了大腦的熵值。我們也許把這一單向性理解為時(shí)間的流逝。
第二種可能是我們對(duì)時(shí)間流逝的理解與量子力學(xué)有某種關(guān)系。與空間頗為不同,時(shí)間以一種獨(dú)特的方式進(jìn)入到量子理論中,這在量子力學(xué)建立初期就被人們注意到了。時(shí)間的獨(dú)特角色是量子力學(xué)和廣義相對(duì)論難以融合的一個(gè)原因。根據(jù)海森堡不確定性原理,自然原本就是非決定論的,它意味著未來(lái)是開(kāi)放的(同樣也意味著過(guò)去是開(kāi)放的)。這種非決定性在原子尺度表現(xiàn)得最為明顯,描述一個(gè)物理系統(tǒng)的可觀測(cè)量從一個(gè)時(shí)刻到下一個(gè)時(shí)刻通常是未定的。
例如,一個(gè)轟擊原子的電子可能的散射方向有很多個(gè),通常無(wú)論如何都不可能提前預(yù)言結(jié)果是什么。量子的非決定論意味著對(duì)于一個(gè)特定的量子態(tài),有很多(可能無(wú)限)可供選擇的未來(lái)。量子力學(xué)可以給出每一種觀測(cè)結(jié)果的概率,盡管無(wú)法斷言哪一種潛在的未來(lái)是注定的現(xiàn)實(shí)。
但是,當(dāng)人類觀測(cè)者進(jìn)行測(cè)量時(shí),得到的是唯一的結(jié)果;比如,觀測(cè)者會(huì)發(fā)現(xiàn)反彈的電子沿著某個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。在測(cè)量時(shí),一個(gè)特定的現(xiàn)實(shí)從數(shù)量巨大的一系列可能性中顯現(xiàn)出來(lái)。在觀測(cè)者看來(lái),可能性轉(zhuǎn)化為真實(shí)性,開(kāi)放的未來(lái)變成了確定的過(guò)去——這正是我們所說(shuō)的時(shí)間之流。
許多潛在的未來(lái)是怎樣變成唯一的現(xiàn)實(shí)的?物理學(xué)家對(duì)此并沒(méi)有達(dá)成一致的意見(jiàn)。許多物理學(xué)家認(rèn)為這和觀測(cè)者的意識(shí)有關(guān),其基礎(chǔ)在于觀測(cè)行為讓自然做出了決定。一些研究者,比如牛津大學(xué)的羅杰·彭羅斯(RogerPenrose)主張意識(shí)——包括時(shí)間流動(dòng)的感覺(jué)——可能與發(fā)生在大腦中的量子過(guò)程有關(guān)。
盡管研究者沒(méi)有在大腦中找到類似視覺(jué)皮層那樣的“時(shí)間器官”,但未來(lái)的研究有可能確定那些負(fù)責(zé)感受時(shí)間流逝的腦過(guò)程。我們可以想象,用某種藥物抑制時(shí)間流逝這種主觀印象。一些人也聲稱可以通過(guò)冥想自然地達(dá)到這樣的精神狀態(tài)。
那么假如科學(xué)家可以找到一種解釋,證明時(shí)間的流逝只是一種錯(cuò)覺(jué),那將如何呢?也許我們不會(huì)再為未來(lái)焦慮或?yàn)檫^(guò)去悲傷。憂慮死亡變得像擔(dān)心出生一樣無(wú)關(guān)痛癢。“期待”和“懷舊”可能會(huì)從人類的詞匯中消失。最重要的,與人類活動(dòng)如影隨行的緊迫感可能會(huì)壽終正寢。“過(guò)去”、“現(xiàn)在”和“未來(lái)”的概念,可能都會(huì)成了過(guò)去。
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