INSH/Patric Colling
利維坦按：
我們所處的這個時代有著一種詭譎性。一方面，黑格爾放飛了密涅瓦的貓頭鷹之後，現代哲學更多是兀自兜起了圈子而非如前人般有著果敢、創造性的銳氣，如趙林老師所言——「繼哲學的『黃昏『而來的就是精神的漫漫長夜了。」另一方面，百年前的物理學天空飄著兩朵烏雲，而經過這一百年間物理學家的努力，物理學的天空中飄滿了烏雲。過去的問題懸而未決，更多的問題也相繼被提出。
而詭譎之處在於：儘管這兩大文化領域（或者說，兩個我們賴以認識世界的工具）都在某種意義上陷入了「低迷」，卻也明顯感覺到兩者的延長線在相互靠近。關於時間存在與否的討論，關於宇宙誕生之前是什麼的迷思，都不再是單純的物理學問題。我們期望著這兩者在未來會有交點，那個交點將會是是關於宇宙誕生、世界本質、人類存在的一切問題答案。
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讓我們先想像一下，假設你正在與一名遠古穴居人交流。你嘗試告訴他，那個每天他都能在空中看到的太陽，其實是同一個太陽。而且，並不是每天都會有一個新的太陽從大山的另一端升起，那個新太陽也並不會每天都墜入大海中。
「哦是嗎？但那一定是個全新的太陽，因為它是從這裡升起的，又是從那裡掉下去的！」
穴居人如此反駁道，他的雙手向著空中伸展開，篤定地指著兩個相反的方向。你卻只能對著他默默搖頭。就在你打算向對方解釋地球是如何自轉，又是如何圍著太陽公轉之前，你終於拋出了這樣一句話：「好吧，你不妨先抱著開放的心態聽聽我接下來要說的話……」
關於時間，你首先要知道：它並不是真實存在的。此時此刻並沒有什麼與眾不同之處；事實上，一個宇宙意義上的此時此刻也根本就不存在。而且過去與未來在各種意義上也都是同等的。
而我們之所以認為時光不可逆轉地從過去流向未來，這不過是因為我們對這個世界知之甚少，幾近無知。我們以為是真理的現象只不過存在於我們的主觀感知中，那根本就不是客觀現實的一部分。
過去、現在與未來之間的區別只不過是一種頑固而持久的幻覺。
——愛因斯坦
現代物理讓上述言論變得極為可信，同時也不留任何反駁的餘地。在本文中，讓我們以一個開放的心態審視時間，並嘗試一起解構時間。
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牛頓的絕對時間
我們相信時間是全宇宙的普遍現象；換言之，在全宇宙範圍內，時間都是以相同的速度分秒必爭地流逝著。
我們也相信時間是獨立的現象，它可以僅憑自身且無視其他因素而存在。
我們還相信，時間是單向流逝的；也就是說事物總是從過去邁向未來，不能反向經歷時間。
由於時間的本質，事物自身絕對的、真實的且數學意義上的時間都是以相等的速度在流逝，這不取決於任何外部因素，而它的另外一個稱謂是時間的跨度。
——牛頓
牛頓將其力學理論的基礎建立在絕對時間的概念上。儘管牛頓力學可以被認為是有史以來人類提出過最成功的理論，然而到了20世紀，這一理論的大壩上還是出現了裂痕，從那時起時間的概念也開始喪失掉那一份絕對性。
至於上面提到的那三個我們對時間傳統認知的支柱，我們將在下文中以通俗易懂、循序漸進的方式沿著這三個方面去體驗時間，並最終否定時間。
時空圖（Spacetime Diagrams）
時間並不是絕對的，而是相對的。但是每當我們這樣說，到底什麼才叫相對的？
假設愛麗絲（Alice）和鮑勃（Bob）坐在同一家咖啡館裡。這時鮑勃接到了一通電話，是他媽媽打來的，他需要回家，於是鮑勃開始沿著一條直線勻速向家的方向走去。與此同時愛麗絲仍然保持坐在原處。
為了避免複雜，我們再假設愛麗絲與鮑勃的運動方向只限於一維空間的直線中，那麼通過建立一個坐標系，我們就可以用X軸表示他們的位置，並用Y軸表示時間。於是我們就得到了一張時空圖，如下圖所示。
圖1：愛麗絲在其參考系中觀察到的情況。 Medium
這就是愛麗絲在自身參考系中觀察到的鮑勃的運動情況。但反過來在鮑勃眼中，愛麗絲的運動又將是怎樣一副情形呢？我們在這裡不妨先回憶一些以往的經驗：如果我看到你以速度v遠離我，那麼你也將看到我同樣以速度v向反方向離去。
為了得到鮑勃的時空圖，我們只需要在上圖基礎上，將X軸在每個時間間隔都向左側逐漸、依次平移，同時保持Y軸不變，這也被稱為錯切變換（Shear Transformation）。於是在新的時空圖中，我們似乎看到鮑勃的位置是不變的，反而是愛麗絲開始向反方向移動。而鮑勃和愛麗絲的運動在時空圖中留下的線條，則被稱為其世界線（Worldlines）。
圖2：在經典力學中，上圖為鮑勃在其參考系中觀察到的情況。 Medium
這是一個極其簡單的模型。接下來，讓我們再加入一個物體。假設當時有一隻貓和愛麗絲、鮑勃一起坐在咖啡館裡。就在鮑勃起身的那一刻，貓也向著鮑勃的家以更快的速度跑起來。於是，愛麗絲與鮑勃在各自參考系中看到的情形就如下圖所示。
圖3：在經典力學中，愛麗絲（左）與鮑勃（右）在各自參考系中觀察到的情況。 Medium
注意，上圖中出現了一個重要的特徵：根據觀察者的不同，那隻貓似乎在以不同的速度運動著，那隻貓的世界線在兩張時空圖中看起來完全不同。由於愛麗絲坐在咖啡館裡，而鮑勃與貓正向著同一方向運動，在愛麗絲眼中，貓的運動速度會比它在鮑勃眼中的運動速度更快。
在經典力學範疇中，我們的錯切變換完全適用，但是當我們考慮到那些接近光速運動的物體時，就會遇到一個麻煩。
洛倫茲變換（Lorentz Transformations）
從19世紀末期到20世紀初期，物理學家們都在試圖解釋一個奇怪的現象：無論你是在朝著光源運動，還是在遠離光源運動，可觀測到的光速都是不變的。
那麼，如果那隻貓是以光速運動的，又會發生什麼呢？根據我們在上文中畫出的經典力學時空圖，愛麗絲看到的貓肯定會比鮑勃看到的貓速度更快。然而在現實中，愛麗絲和鮑勃都將觀測到貓的速度是299792458米/秒，也就是光速。
為了解釋這個光速不變的現象，我們就需要一個不同的變換模型，在新的變換模型中，無論我們切換到愛麗絲的參考系還是鮑勃的參考系，以光速運動的物體（那隻貓）都應該維持其世界線不變。換句話說，無論是愛麗絲還是鮑勃都應該看到貓正在以光速運動著，即使愛麗絲與鮑勃之間並非是靜止的。
如果讀到此處的讀者並未理解文意，請再讀一遍，並切實地理解這些概念——對於理解下文來說，這很關鍵。
於是洛倫茲變換就直接解決了該問題，而這也是愛因斯坦狹義相對論（Special Relativity）的核心。在我們展開講洛倫茲變換之前，請先看一看下面的這張時空圖。根據狹義相對論，如果我們使用洛倫茲變換而非傳統的錯切變換來解釋光速不變現象，那麼鮑勃就將看到如下情形。
圖4：根據相對論力學（Relativistic Mechanics），鮑勃將看到如上情形。 Medium
圖5：根據相對論力學，愛麗絲（左）與鮑勃（右）在各自參考系中觀察到的情況。 Medium
請注意以光速運動的貓的世界線，注意到它在不同時空圖中的差別。在圖三中，根據傳統變換模型，貓的世界線是在變化的。在圖五中，根據相對論的變換，貓的世界線仍保持不變。下面則是描述該變換的方程式。
圖6：洛倫茲變換方程。 Medium
如果（t, x）代表了在愛麗絲參考系中某一事件的時間與位置坐標，那麼該事件在鮑勃參考系中就會變成（t', x'）。在該方程式中，v是鮑勃相對於愛麗絲的運動速度，c則是光速。
好了，所以這個變換到底有什麼了不起的？從此處開始我們的討論將變得越來越有趣。在錯切變換中，變換後的時間與變換前的時間是同一個時間，而變換後的位置也僅僅基於變換前的位置就可以確定。時間與空間在變換中是相互獨立的。空間的運動與時間的流逝完全是無關的兩個事件。
現在，再看一看洛倫茲變換的方程，你會發現空間中的運動與時間的流逝是相互影響的。時間與空間不再是獨立的個體，它們不僅是相對的，更是相互決定的！
從今往後，單純的空間與單純的時間都註定會消散於陰影之中，唯有二者的集合體可以繼續保存一個獨立的客觀現實。
——赫爾曼·閔可夫斯基（Hermann Minkowski）
同步性的喪失
想像一下，如果你是地球上王牌特工組織的頭目，你還獲知來自仙女座（Andromeda）的敵對外星人文明正在計劃著近期攻打地球。而且你發明了一種神奇的平板電腦，並將2臺這樣的平板電腦分別交給了你手下最幹練的特工，亞當和夏娃。這種平板電腦可以播放實時直播，並展示出仙女座星人軍方會議中正在醞釀的任何陰謀。
根據你的線人報告，仙女座軍方正要進行一次重要的會議，會上將決定是否進攻地球。你也命令亞當和夏娃到你的辦公室使用該設備將敵方信息報告給你。此時此刻，你正和亞當一起坐在辦公室裡，亞當拿著他的平板電腦。在亞當對著屏幕操作一番之後，他報告說仙女座的軍事會議剛剛開始了，而且這些外星人軍官們正在爭論進攻地球計劃的利弊。
正當你在腦海中推敲應對方案的時候，伊娃突然推門而入。就在剛剛，當她沿著走廊向你的辦公室快步走來時，她瞟了一眼自己的平板電腦，她竟然發現外星人的艦隊已經向著地球出發了！
圖7：漫畫中展示的就是仙女座悖論（Andromeda Paradox），即亞當和夏娃看到了兩個完全不同的現實直播，這是因為他們二人之間並非靜止的而是運動的。 Deepti
亞當、夏娃和他們的平板電腦都沒有撒謊。而所謂的那個仙女座的「此時此刻」，這一時間概念對於亞當和夏娃來說確實是不同的，因為他們相對於彼此來說並非靜止的。這一現象被稱為仙女座悖論，由羅傑·彭羅斯（Roger Penrose）在其引人入勝的著作《皇帝的新腦》（The Emperor’s New Mind）中提出。
至此我們有必要再看一下圖六中的方程式。在我們的日常生活中，速度及位移（表示為v和x）通常都很小。當v與x的數值都遠遠小於c，t'幾乎就與t相等；因此，如果某一事件發生於你的此時此刻，那麼它也發生於我的此時此刻。
然而在仙女座悖論的例子中，仙女座距離地球實在太遠太遠，於是我們的方程式就派上了用場。根據夏娃的描述，亞當正在經歷的仙女座的此時此刻其實早在一周前就發生了。當我們隨意將一些數字帶入夏娃的v（也就是夏娃在走廊內奔跑的速度），你會發現你的這兩名間諜看到的事件的確可以相差幾天。在同一個參考系中同時發生的兩個事件，在不同的參考系中也許就不會同時發生了。
所謂的「同時發生」根本就不存在，因為根本不存在一個唯一的「此時此刻」。
Larry G. Maguire
時間並非全宇宙的普遍現象
在此，讓我們先拆掉牛頓絕對時間概念的第一根支柱，時間並非全宇宙的普遍現象。在你的此時此刻所發生的事情，也許發生於我的過去或者未來。甚至它也許既不存在於我的過去，也不存在於我的未來，而是處於我在時空中無法達到的一個區域，也就是其他地方——僅僅是「某天的事件」。
在宇宙中根本聽不到同一個節奏的「滴答滴答」聲響。一些你認為將在未來發生的事情也許早在我的過去就已經發生了。兩位觀察者眼中的兩個無關事件的發生順序並不是固定不變的；也就是說，亞當可能會說事件P發生在事件Q之前，而夏娃也許會反駁說事件P發生在事件Q之後。在這種情形下，我們熟悉的那種清晰明朗的先後關係——過去引發現在，而現在又引發未來——徹底瓦解了。
沒錯，事實上所謂的因果關係（Causality）在此也徹底瓦解了。
時間並非獨立一切而存在
1905年對於物理學來說是非常特別的一年。愛因斯坦不僅用狹義相對論展示了空間與時間二者的關聯，還指出這種關聯同樣存在於質量與能量之間。到了1915年，作為他在廣義相對論研究的一部分，愛因斯坦進一步將時空與質能方程（Mass–energy Equivalence）的研究結合起來。
讓時間變慢的不僅僅是速度，重力也會讓它變慢。準確地說，質量讓時間變慢，而重力則是時間正在變慢的過程。當你手中的東西掉落在地，這是因為地球是一個質量極大的物體，而且它會讓自身附近的時間變慢。然而在沒有重力的環境下，時間是均勻流逝的，另外物體只會漂浮不會掉落，就像我們在外太空所觀察到的情況。
時間無非是對變化的量度。
——亞里斯多德
在其著作《時間的秩序》（The Order of Time）中，物理學家卡洛·羅韋利（Carlo Rovelli）描述了亞里斯多德與牛頓在時間本質的問題上是如何產生分歧的。如果任何事物都保持不變，時間是否還存在？亞里斯多德會回答說不存在，而牛頓則認為它存在。那麼在沒有任何物質的絕對真空中，時間還存在嗎？同樣地，亞里斯多德會給出否定的答案，而牛頓仍然堅持時間存在。
接著，羅韋利在書中告訴我們，對亞里斯多德與牛頓觀點的綜合與匯總，就是愛因斯坦對物理學做出的最偉大的貢獻。
愛因斯坦認為，時間與空間即使在缺乏有形物質的前提下也是存在的，但它們並非絕對的；它們同樣是由構成桌子、椅子、質子、電子的物質構成的。時空是一個引力場，就像其他的場那樣，它既不是絕對的，也不是統一的。它可以影響其他的場，反過來，它也同樣會被其他場影響。
至此我們拆除了那第二根支柱，時間並非獨立存在的。
過去與未來
我們總是相信過去與未來之間是有著本質區別的。過去已經發生過了，也許我們並不記得所有細節，但我們是知道發生過什麼事的。我們也無法改變過去，那杯牛奶已經被打翻了，我們知道為此哭泣也無濟於事。
相反地，未來還沒有發生，所有的可能性都在向我們招手。規劃自己的財務目標，陪伴自己的愛人，與我們的老闆協商，或者自我反省、鍛鍊身體、學習知識——我們會去做這樣或那樣的事情來改變未來，並且把未來塑造成我們期望的模樣。
然而，在描述現實世界的基本物理法則中，過去與未來並無區別。無論是牛頓的運動定律、愛因斯坦的相對論、麥克斯韋的電磁學（Electromagnetism），還是薛丁格的量子力學，所有這些理論給出的方程都是可逆的；這些物理學家對過去與未來一視同仁，仿佛無論從何種意義上講過去與未來都是同等的。描述小球沿斜坡滾下去的方程同樣也可以用來描述小球是如何沿斜坡滾上去的——而且方程本身並不關心小球到底是從上向下運動，還是從下向上運動的。那麼，如果過去與未來並無區別，我們為什麼只記得過去，卻不記得未來呢？
熵
事實上，只有一條物理法則將過去與未來區別開，即熱力學第二定律，它指出孤立系統中的總熵只能增加或保持不變，卻永遠不會消減。那熵又是什麼呢？它和時間又有什麼關係呢？
熵是對於系統無序狀態的一種度量。在此不妨考慮一下一枚純金戒指內部的金單原子分子的排列情況，相比同等質量的金塊，金戒指中的單原子分子具備更規則的結構性及有序性。因此，我們稱這枚金戒指的熵比那個金塊的熵更低。如果某系統的組成是結構化的、特有的或特定的，我們則稱該系統具備更多的有序性，也有著更低的熵。如果某系統就像洗牌之後那樣是無序且隨機的，我們則稱該系統具備更高的熵。
在金戒指中，金以低熵的形式存在。 Medium
在數字上，熵的數值可以通過下面的公式進行定量：
Medium
其中k代表玻爾茲曼常數（Boltzmann Constant），而W則代表在某個給定的宏觀狀態（macro-state）中，總共有多少可能的微觀結構（Micro-configurations）。
如果一個系統的初始狀態是一個低熵的狀態，那麼該系統的熵為什麼只能繼續增高就很容易理解：因為任何隨機的分子運動都極有可能促使該系統向更混亂的方向發展。
如果一個茶杯掉落在地，在它摔碎的過程中其分子的離散方式存在著近乎於無限種可能。在摔碎的茶杯這一宏觀狀態中，可能的微觀結構數量為W；在完好無缺的茶杯的宏觀狀態中，可能的微觀結構數為W'，而W的數值要遠遠大於W'的數值。
因此，我們總是看到茶杯摔碎時分裂成無數的碎片，同時極大提高了茶杯的熵，然而我們在生活中從未看到過那些碎片自發地重組還原成完好的茶杯。
讓我們再看另一個例子，向玻璃杯中的濃縮咖啡緩緩倒入牛奶。你會看到牛奶最終浮於咖啡上層且分界鮮明。現在，將這個系統靜置一段時間。由於玻璃杯中的分子無序地左衝右突，原本分界鮮明的兩層液體最終混合在一起，而該系統的熵也隨之增高。
但是別忘了，玻璃杯中沒有任何阻力能夠阻止該過程以相反的順序發生。在一杯棕色的牛奶、咖啡混合飲料中，所有分子都自由且無序地運動著，也許出於某種偶然，這些分子會重獲秩序，並重新分界鮮明地回到一層咖啡、一層牛奶的狀態。可惜的是，這種情況根本就不可能發生！
時間的箭頭
一個物理系統總是從低熵向著高熵發展。正是這種熵增的單方向趨勢給了我們一種直觀感受，認為時間是從過去向著未來流逝的。也正是這種不可逆轉的特性頻繁地出現在我們的日常生活中，為我們積累了大量經驗，雞蛋摔碎、玻璃破裂、牛奶與咖啡混合、熱水最終變冷，從裡向外擠牙膏很容易，把牙膏塞回牙膏皮裡卻很難。
熵就是一種向無序發展的秩序，是結構性屈服於隨機性的秩序。宇宙開始於一種低熵的狀態，這也是為什麼各種形式的生命都是有可能誕生的。從那時起，熵就一直在增高。我們的太陽最終會迎來死亡，銀河系中的所有恆星都終將死亡。整個宇宙將慢慢崩塌，最終達到最大熵或熱平衡（Thermal Equilibrium）的狀態，屆時能量與質量將均勻分散在整個宇宙中，那時宇宙將變成一個寒冷、黑暗又蒼涼的地方。
但是想想看：如果宇宙起始於一個高熵的狀態，恆星將不可能形成，地球也不可能誕生，更不會出現我們這些生命。至於宇宙為什麼誕生於一種異常的低熵狀態，這仍然是個謎，但是宇宙自誕生之日起就勢不可擋地向著高熵狀態發展，恰恰是這股勢頭讓我們覺察到了時間的存在。
時間誕生於無知
我們會說一個完整的茶杯要比一堆茶杯碎片來得更特別，也更異常。然而，如果你立志要記下茶杯中每一個分子的準確位置，你會發現每一種可能的態都是同樣特別的，而且每一種態都會引發同樣豐富的可能性。之所以茶杯發生的不同事件會引發我們的秩序感或無序感，是因為我們主觀地將完整的茶杯視為一種狀態，而將所有那些茶杯破損的態全部歸類為另一種狀態。
如果我們能夠徹底分門別類，把每一種可能發生的茶杯破碎的態單獨歸為一類狀態，我們就會發現：其實每一種茶杯的態都是特別的、異常的，而且也都是概率相等的。在這一討論範疇中，熵根本沒有意義。
（試圖理解時間）就像是在手裡捧起一片雪花：就在你研究它的時候，它會漸漸融化在你的指尖，銷聲匿跡。
——卡洛·羅韋利
熵並不是一種基本屬性，就像溫度或壓力，它是一種統計學的概念。如果你分離並獲取一個單獨的粒子，你會發現它自身並不具備熵的特性。之所以熵的特性及概念存在，是因為我們對客觀現實的理解既模糊又含混。之所以熵存在，是因為我們無法在微觀狀態中分辨多如牛毛的微觀態，僅僅是因為我們沒有這個能力。
但是，如果你有這個能力呢？如果你能準確地掌握周遭世界中所包含的全部微觀亞原子狀態信息，在你的感知中，時間的那種流逝感會消失嗎？
答案是肯定的！當你掌握了關於這個世界的全部信息，過去與未來的區別就不復存在了。時間通道其實是一種經過歪曲後的客觀現實，它來源於我們遠遠稱不上完美的知識儲備量。因此，時間實際上是誕生於無知的。
文/Viraj Kulkarni
譯/菜月昴
校對/雷姆
原文/medium.com/cantors-paradise/time-is-an-illusion-born-out-of-our-ignorance-e3dd947fcf9d
本文基於創作共同協議（BY-NC），由菜月昴&雷姆在利維坦發布
文章僅為作者觀點，未必代表利維坦立場
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