你真的理解時間嗎?關於時間的普遍觀念並不準確

2020-11-23 IT之家

北京時間3月15日消息,據國外媒體報導,2018年4月,在倫敦皇家科學院(Royal Institution)著名的法拉第劇院,卡洛·勞維利(Carlo Rovelli)做了一個長達一小時關於時間本質的演講。一條紅線橫跨舞臺,成為這位義大利理論物理學家演講主題的隱喻。「時間是一條長線,」勞維利說道。線的左邊是過去,屬於恐龍,屬於大爆炸;線的右邊則是未來,充滿了未知。「我們大概在這裡,」勞維利一邊說著,一邊把一個登山扣掛在紅線上作為標記,代表現在的時間。

然後,他翻了下講稿,解釋道:「我將告訴你們,時間並不是這樣的。」

勞維利繼續挑戰我們關於時間的常識。他首先分析的是時間在所有地方都以相同速率運轉的觀點。事實上,當時鐘處於更強大的引力場時,它會行走得更慢。當你把顯示同樣時間的時鐘放到不同的場裡,比如一個放在太空,另一個放在地球上,過一會再把它們放在一起,你會發現它們顯示出不同的時間。「這是一個事實,」勞維利說道,並指出這意味著「你的頭會比你的腳更老」。另外一個需要認清的概念是我們共享著對「現在」的感覺。我們並沒有真正與任何人共享現在的時刻。「如果我看著你,我看的是現在的你嗎?事實並非如此,因為光線從你那裡到我這裡需要時間,」他說,「因此,我看到的是過去一小會的你。」所以,「現在」的真正含義是我們沒有超出一個「時間空泡」的範圍,在這個空泡中,「我們可以忽略光線來回的時間」。

接下來,勞維利討論了時間只以一個方向——從過去到未來——流動的概念。與廣義相對論、量子力學和粒子物理學不同,熱力學中嵌入了時間的方向。熱力學第二定律指出,孤立系統中的總熵(或者說無序性)不會隨著時間推移而減少。不過勞維利表示,這並不意味著我們對時間的傳統觀念有了更穩固的基礎。熵,或者說無序性,是主觀的——「秩序存在於觀察者的眼中。」換句話說,過去和未來之間的區別,以及熵隨時間的增長,都取決於宏觀的效應——「我們描述系統的方式,反過來又取決於我們如何與系統相互作用,」勞維利說道。

在講到最後一個關於時間的普遍觀念時,勞維利變得有點謹慎起來。他的科學觀點認為,時間是離散的——它不是無縫的,但具有量子。這一觀點還不是很有說服力。「為什麼?因為我還在做!它還沒有出現在教科書中,」勞維利說道。他寫下的關於量子引力的方程提出了關於「時鐘測量」的三個問題。首先,存在最小的時間量,其單位不是無限小。其次,由於時鐘和所有物體一樣,都是量子的,因此可以是時間讀數的重疊。他說:「你不能說這個事件和那個事件之間是一定的時間,因為,正如量子力學中總是發生的那樣,可能存在時間流逝的概率分布。」這就意味著第三點,在量子引力中,你可以擁有「對一系列事件的局部概念,這是最小的時間概念,而且是唯一保留下來的東西,」勞維利說道。事件並不是線性排列的,而是「彼此混淆和連接」,同時沒有「一個首選的時間變量——任何東西都可以作為一個變量」。

即使是「現在正轉瞬即逝」的觀念也經不起推敲。當然,在古典的牛頓物理學中,現在的確是「可怕的短暫瞬間」。「但這不是世界設計的方式,」勞維利解釋道。在四維時空中,光的蹤跡是一個圓錐,或者說是連續增大的圓圈,就像池塘裡的漣漪一樣,這些蹤跡會隨著光的行進而增大。沒有信息可以越過光錐的邊界,因為這要求信息傳播的速度超過光速。

「在時空中,過去就是我們經過的光錐裡的一切,」勞維利說道。他同時用手指著一個顛倒的圓錐形狀。「所以不管怎麼樣它都在影響我們。未來則恰好相反,」此時勞維利又指著一個正立的圓錐說道,「所以在過去和未來之間,並沒有一條線存在——那裡有大量的時間。」勞維利請一位聽眾想像自己住在距離地球約50萬光年的仙女座星系。「對我而言,你生命中的一百萬年既不是過去,也不是未來。因此現在並不單薄,而是厚重得可怕,」勞維利說道。

勞維利的演講讓人想起他在《時間之序》(The Order of Time: Studying time)一書中的一句話:研究時間「就像是手中拿著一枚雪花:當你研究它時,它會在你的指間漸漸融化,最後消失不見。」

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