时间是真实存在的吗？

笑看风云

试想一个场景：人类发现了一个宜居的星球，人们依靠这个星球自身的能源供给生活（比如核能），星球不自转，没有白天和黑夜，也不绕太阳转，四季如春，没有春夏秋冬，那我们还需要有时间这一说吗？
另外，你相信耶稣吗？如果你不信，为什么相信今年就是2014，只是因为大家都这样说...
原文地址：https://www.zhihu.com/question/23704799

检验医师

最近在研究时间哲学，介绍一下当代哲学关于时间的讨论。文章较长，但全是干货。

关于中世纪时间哲学的简介，请移步：

时间到底存在不存在，如果存在，其本质又是什么？谈起时间哲学，必须提及一位20世纪早期的英国哲学家：麦克塔格特（J.M.E. McTaggart）。



话说这位也是英国剑桥大学三一学院的，我博士也在三一，时间校友！

麦克塔格特在1908年发表了一篇颇具野心、且影响巨大的论文：《时间的非真实性》。

McTaggart, J. M. Ellis. “The Unreality of Time.” Mind 17, no. 4 (1908): 457–74.

麦克塔格特在这篇论文中试图论证：时间不存在。
因此，我们先前关于时间的各种日常观念、哲学思考，都是错的……
而麦克塔格特的论证，成为几乎后来所有关于时间的哲学讨论的起点。
<hr/>一、麦克塔格特论证“时间的非真实性”

（一）论证简要重构

麦克塔格特是如何论证“时间的非真实性”的呢？下面仅简要介绍一下。
首先，他认为在时间中的事物（objects and events），及其发生的时间/时刻，必然只能按照两种方式进行排列：A序列，B序列。

不得不说，“A、B序列”这俩名字确实没啥创意……

“A序列”（A series）：其中的事物及其时间，按照“时态属性”（tensed properties）进行排列。

时态属性包括：“是过去的”、“是现在的”、“是将来的”三类。这些属性也被称为“A属性”（A properties）。

“B序列”（B series）：其中的事物及其时间，按照“无时态的关系”（tenseless relations）即彼此之间的“先后关系”进行排列。

无时态关系包括：“是先于”、“是后于”、“是同时”三类。

以下论证重构的部分，如果觉得太难可以跳过灰体字，了解大致的论证思路即可。
更重要的是理解麦克塔格特所谓的“A、B序列”，具体都指什么。

随后，麦克塔格特论证到：
（1）B序列必须预设A序列，才能成为一个时间序列；而B序列本身不构成一个时间序列。

论证：“变化”（change）对于时间是根本性的，有变化才有时间之可言（亚里士多德最先提出，而大多数哲学家都同意这一论点）；但B序列本身不涉及任何真正意义上的“变化”；所以B序列本身不构成一个真正意义上的“时间序列”。
之所以说B序列本身不涉及“变化”，是因为B序列本身是“无时态的”（tenseless），每个事物在B序列中的位置都是“固定的”（fixed；参考物理学中通常将时间看作与三维空间相似的“第四维度”，尤其参考电影《星际穿越》）；而只有A序列中的事物才是真正意义上不断“变化”的。

（2）A序列本身必然导致逻辑矛盾。

论证：三种A属性彼此矛盾、彼此不相容（即“是过去的”、“是现在的”、“是将来的”三类属性显然彼此矛盾）。
但A序列中的任何事物，都必然同时拥有三种（矛盾的）A属性：
如果事物M“是现在的”，那么它同时曾“是将来的”，并且将“是过去的”；
如果事物M“是过去的”，那么它同时曾“是将来的”，并且曾“是现在的”；
如果事物M“是将来的”，那么它同时将“是现在的”，并且将“是过去的”。
因此，A序列逻辑矛盾。

结论：时间是不真实的。

因为A序列自相矛盾；鉴于B序列必须预设A序列，则同样自相矛盾。
而A序列、B序列已穷尽所有可能的“时间性序列”（temporal orders），此外没有其他可能性。
可证任何时间性序列都是自相矛盾的，因此时间是不真实的。

<hr/>（二）对麦克塔格特论证的两种回应

麦克塔格特的论证之所以影响巨大，在于他归纳整理了关于时间形而上学的各种关键讨论，并为之后的时间哲学指明了发展方向。
之后的哲学家们，聚焦对于A理论或B理论的发展，从而回应麦克塔格特的论证，以及探究A、B理论究竟哪个在哲学上更合理。
其中，B理论支持者反驳麦克塔格特的前提（1），主张B序列本身已构成一个合理的时间架构。

B理论的其他特点（下详）：时间与空间维度相似，构成第四维；所有时刻及其中的事物，都是同等真实的（即过去、现在、将来都是真实的）；“时态语言”，全可翻译为“无时态语言”。

A理论支持者反驳前提（2），主张A序列本身并不自相矛盾。

A理论的其他特点（下详）：时间与空间维度根本不同，时间本质上即是“有时态的”（tensed）、不断流动变化的；A理论包含多种不同版本；A理论反驳B理论将“时态语言”转化为“无时态语言”——而A理论的反驳很具说服力，致使后来很多B理论者不得不放弃这一论点、修正B理论。

<hr/>二、B理论——四维主义——静态时间论

B理论及其优势

B理论主张，每个事物及其时间，都按照“无时态”的先后关系进行排列。

例：事物甲，或先于、或后于、或同时于事物乙。

其中，每个事物及其时间，都在B序列中占据一个固定的、不变的位置（fixed, unchanging position）。
换言之，B序列是一个静态的、不变的时间架构（static, unchanging temporal framework）。

相反，A序列是动态的、不断变化的；其中的事物及其时间，会拥有不断变化的“A属性”（即“是将来的、现在的、过去的”）。

B序列中的所有“变化”，都可以通过“无时态的”、不涉及时态的“先后”关系来描述。
时间与三维空间构成“时空”（spacetime），是一个延展的“流形”（manifold），而事物在流形中占据着不同的固定的、不变的位置。



设想上图是时空中的同一片叶子

比如秋叶变红，在B理论中解释为：一片叶子在时空先前的某个位置是绿的，而在之后的某个位置是红的。其中每个位置，都是流形中的特定的、固定的点。
因此，所有变化，均可通过“无时态命题”来描述，比如：“这片叶子在2022年10月1日是红的”，“这片叶子在2022年9月1日不是红的”。

B理论的优势在于：
（1）更符合当代物理学：根据爱因斯坦的狭义相对论，过去/现在/将来的区分，应从时空的物理学模型中消除。
（2）B理论似乎更“客观”，仅涉及B序列中的事物的彼此“先后关系”；而不涉及A理论中的人类观察者的“主观视角”。
（3）以无时态的方式思考“变化”，能更好地解释事物自身在变化中的存续、维持。
<hr/>永恒主义（Eternalism）形而上学

与B理论对应的形上学存在论理论（ontological theory），即是永恒主义。
根据永恒主义，过去的、现在的、将来的事物，其存在论状态（ontological status）相同、都是同等真实的。

例：泰姬陵、苏格拉底，和未来的火星基地，都存在，是同等真实的，它们发生在各自的时间中；尽管后两者不是“现在的”。

<hr/>四维主义（Four-Dimensionalism）——“时间性部分”（temporal parts）——“时空虫”（spacetime worms）

B理论认为，时间是一个如同空间一样的（静态的）维度。B理论否认A理论所主张的“时间的流动”（time’s passage）。
因此，B理论主张“时间性部分”学说。



出自电影《星际穿越》

可以用一个“视频与画面”的类比，来解释什么是“时间性部分”：


比如有一段“你在骑马”的视频，由很多画面构成。
那么每个画面，都是你的一个“时间性部分”；而你，是所有你的“时间性部分”的融合。
你是四维时空流形中的一条“时空虫”（spacetime worm）。


现在的你，仅是你的一个在三维空间中的“时间切片”（time slice）；而你，作为一个完整的物体，是你的所有“时间性部分”的融合。
<hr/>B理论中时间的本质：静态时间论（Static Theory of Time）

时间如同空间，是一个静态的维度；没有时间的“流动”（passage）可言。
静态时间论（标准版本，但并非唯一版本）可总结为如下5点：
（1）宇宙在四维时空中延展，形成“时空流形”。
（2）不同时间中的任何事物，都按照其所处位置拥有一个不同的“时间性部分”。
（3）没有真正的、不可约减的“A属性”；而“A属性”均可约减为“B关系”。
（4）正确的存在论不随时间而变化，由时空中的固定事物所构成。——永恒主义
（5）时间是静态的，不流动、不流逝。——时间的流动，仅是人的主观意识所产生的错觉。
<hr/>三、A理论——三维主义——动态时间论

A理论及其优势

A理论主张，每个事物及其时间，都按照“将来、现在、过去”进行排列。
A序列将我们从遥远的将来，带到现在，再带向遥远的过去。
A序列是动态的、不断变化的（dynamic, constantly changing）；其中的事物及其时间，会拥有不断变化的“A属性”（即“是将来的、现在的、过去的”）。
A序列的变化，被称为“时间意义上的成为”（temporal becoming）。
而描述这种变化，必须诉诸“时态命题”：某个事物现在是怎样的；而过去是不同的，将来又是不同的。——亦即，“时间意义上的成为/变化”。

A理论的优势：
（1）与人的关于时间的日常心理经验相符，即时间的“流动”（flow, passage）。
（2）关于“变化”的常识思考，也更符合A理论。
<hr/>A理论形而上学理论的不同版本

与A理论对应的形上学存在论理论，可分为诸多版本：
（1）现在主义（Presentism）

只有“现在”存在，只有“现在的事物”存在。

例：泰姬陵存在；苏格拉底，和未来的火星基地，均不存在。一切假定的事物，也不存在。

一个难题：我们完全可以有意义地思考和谈论比如苏格拉底和3023年。如果二者都不存在，那么我们在指代什么，在思考和谈论什么呢？
（2）增长块理论（Growing Block Theory）

“现在的”和“过去的”事物均真实存在；但将来的事物尚不存在。



现在主义 vs 增长块理论 vs 永恒主义

因此，现实是一个存在论意义上的“块团”（block），一直在增长；而“现在”只是现实块团的“边缘”（edge）。
“现在变为过去”这一过程，本质上是“存在的新鲜切片被增加于世界的总体历史之上”；构成一个存在论意义上的“增长块”。
（3）移动聚光灯理论（Moving Spotlight Theory）——永恒主义版本的A理论（比较特殊）

移动聚光灯理论，属于静态时间论和动态时间论的结合体。
与静态时间论相似，该理论接受B理论中的时空观、“时空流形”。事物在时间中延展，在不同时间拥有不同“时空性部分”；而过去、现在、将来都是真实。
而又与动态时间论相似，该理论接受“A属性”是客观存在的、不可约减的；同时接受时间是在真正意义上“流动”的。



现在主义 vs 移动聚光灯理论 vs 增长块理论

根据移动聚光灯理论，时间如同“聚光灯”在时间维度上移动，处于“聚光灯”下的事物，就是“现在”；但处于“聚光灯”外的事物，也仍然存在。
与现在主义和增长块理论不同（二者都承认事物在时间中“无中生有”），移动聚光灯理论否认任何事物在时间中“无中生有”。因此该理论与B理论在这个方面相似，属于一种“永恒主义”。
但移动聚光灯理论又认为“变化”是真实的，不能仅仅通过B理论中“时空位置的不同”来解释；而是必须诉诸A理论，即时间的真实“流动”。时空流形中的“现在”，是特殊的、客观的，比过去和将来更真实。
因此，移动聚光灯理论在本质上仍属于一种A理论（动态时间论），但融合了B理论中的永恒主义时空观念。
<hr/>三维主义（Three-Dimensionalism）——否认“时间性部分”

A理论认为，时间总在流动、流逝，时间是真实的。时间是一个与空间根本不同的维度。
A理论根本否认时间中的事物，拥有（B理论所谓的）“时空性部分”。
根据三维主义，昨天的你做了某事，而现在的你在阅读这篇回答；“昨天的你”和“现在的你”是“同一”关系（identity），都是完全的、全部的、全然显现的你。

而根据四维主义，“昨天的你”只是你的一个早前的“时间性部分”，而“现在的你”只是你的一个现在的“时间性部分”，二者是“时间性对应物”关系（temporal counterpart relation）。

<hr/>A理论中时间的本质：动态时间论（Dynamic Theory of Time）

时间与空间非常不同，时间的“流动”（passage）是一种真实现象。
动态时间论（标准版本，但并非唯一版本）可总结为如下5点：
（1）宇宙在三维空间中延展，时间维度则与空间三维完全不同。
（2）不同时间中的任何事物，都按照其所处位置“全然显现”（wholly present）。

——反“时间性部分”学说。

（3）“A属性”是真实的、不可约减的。
（4）正确的存在论，随时间不断变化；“现在的”事物，总是最真实的。
（5）时间的流动，是真实的，是一种不依靠于人的心智/意识的客观现象。
<hr/>综上，各位认为时间是否真实存在？
若时间不存在，各位是否认同麦克塔格特关于“时间非真实性”的论证？
若存在，时间的本质又是什么？时间究竟是静态的，还是动态的？
<hr/>更新：中世纪时间哲学简介

时间到底存在不存在，如果存在，其本质又是什么？

清风寡欲

关于这个问题，下面的内容可能会对你有所帮助。

时间不是自己独立存在的，应该承认，离开了事物的活动，人们就不能感受到时间本身。

——卢克莱修，《物性论》

有心的读者想必已经注意到，在上一章中我们几乎没有考虑时间。然而爱因斯坦在一个多世纪前就证明，我们不能把时间和空间分割开来，我们必须把它们当成一个整体即时空来考虑。是时候修正这点，把时间带回到我们的视野中了。
量子引力在围绕空间方程进行了很多年研究之后，终于有勇气直面时间这一难题了。在过去十五年间，一种思考时间的新思路出现了，下面我会试着解释一下。
在量子引力里作为物体无固定形状的容器的空间从物理学中消失了。物体（量子）并不占据空间，它们彼此依存，空间由量子间的相邻关系织就。正如我们放弃了空间是固定不变的容器这一观念，类似地，我们也必须放弃时间是固定不变的，实在随时间展开这一观念。物体存在的连续空间消失了，现在，现象发生于其中的流动的时间也要消失了。
在某种意义上，空间不再存在于基础理论之中；引力场的量子不在空间之中。同样，时间也不再存在于基础理论之中，引力的量子不在时间之内演化，时间只计算它们的相互作用。就如惠勒-德维特方程所证明的，基本方程中不再含有时间变量。时间像空间一样，是在量子引力场中出现的。
这一点在经典广义相对论里也是部分正确的，其中时间已经作为引力场的一个方面出现。但只要我们忽略量子理论，就仍然可以用传统的方式来思考时空，余下的部分实在就如同展开的挂毯一般，尽管这是一幅动态的不断变化的挂毯。一旦我们把量子力学考虑进来，就会意识到时间也具有任何实在所共有的那些面向：如概率的不确定性、分立性和关联性。
量子引力理论的第二个概念结果甚至比时间的消失还要极端。
让我们试着去理解。
时间不是我们想的那样

一个多世纪以前，我们就已经清楚，时间的本质不是我们普遍以为的那样，狭义与广义相对论让这点很明确。我们常识中的时间观念在实验室中是经不起推敲的。
例如，让我们重新考虑广义相对论的第一个推论，我曾在第三章中阐述过。取两块手表，确保它们记录的时间相同，把一块放在地上，另一块放在家具上。等大约半小时的时间，再把它们放在一起。它们仍然会显示相同的时间吗？
如第三章中所描述的，答案是否定的。我们通常戴在手腕上的表，或是手机上的时钟，都没有精确到足以让我们验证这个事实，但全世界的物理实验室中都有计时器，可以显示将会出现的差异：放在地上的手表要比被举高的手表慢。
为什么呢？因为时间在世界各地并不以相同的方式流逝。在有些地方流逝得更快些，有些地方会慢些。你距离地表越近，引力越大  [1]  ，时间流逝就越慢。还记得第三章里的双胞胎吗？他们一个生活在海边，一个生活在山上，结果最终年龄不一样。差异十分微弱：在海边生活一辈子所获得的时间与在山上相比，只差一秒钟的一小部分——但数量上的微小并没有改变差异确实存在这一事实。时间并不是像我们通常想象的那样运转的。

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感恩由您

在游戏引擎中有一个概念 叫做 Timescale，中文名时间量程，用于调节游戏中一切对象的运行速率。甚至调节成0的时候 游戏中一切对象还在运行。调节成1的时候游戏以“正常的速率”运行，这个正常的速率等同于我们地球上“正常的速率”。调节成2就会变成正常速率的两倍。
对于游戏引擎这样一个封闭的系统，我们一旦定义了Timescale的值也就定义了游戏的运行速率，此时一秒钟才会变的有意义，因为这里的一秒钟在游戏里面的任何地方都是一秒钟，但是这也是一种理想环境。如果你的电脑硬件配置太差，你可能在游戏中射出的子弹卡出了翔。那么1秒钟就会变成20秒，甚至你卡在那里死机了，永远等于0，没有速率。这种现象在现实的宇宙中也会遇到，那就是遇到了黑洞，强大的引力直接让现实的宇宙开销过大，一切卡住，甚至时间停止。
由于你的主机和带宽性能卓越，在游戏中是最快速的运行，别人由于硬件和带宽配置差，在游戏里面慢动作运行。然后在N多人参与的网游中大家虽然同处一个“假宇宙”，同处一个TimeScale宇宙速率下，结果有些人就去了仙界，仙界1日 地球已经100年。这个时候1秒钟还有个毛线意义啊。因为这个时候出现了一个新的概念-“同步”，那么在网游中我们已经感受到了，其实大家的时间是不同步的。因为硬件配置不一样，导致性能不一样，导致在3D场景中运行效率不一致，同样宇宙中也存在大量的“不同步”，那么时间还存在吗？时间在这里连坐标（卡尺）量具的意义都失去了。
那么该如定义出超距并且同步的时间呢？估计只能通过量子纠缠了，因为量子的超距同步运行机制，可以用来传递时间戳。
如何理解量子超距同步运动的特性，我们在一个房间打游戏，由于各自硬件配置的不同，导致每个玩家游戏里面的剧情发展速度不一样，但是墙上挂的闹钟大家都能看的见，在游戏系统边界外面通过现实世界的时钟进行时间信息传递，就像“量子通信一样”。
那么此时的时间还有意义吗？时间是什么？时间只是一个“印记”，在计算机里面这个概念叫做“时间戳”。如果每个事件对应一个时间戳，那么时间只是一个坐标系，事件与时间坐标一一对应。
至此时间真的存在吗？时间只是参照物而已。



PPT中的时间轴

圆环代表事件年份代表时间区间，足以见得时间就是一把标尺暂时理解成时间戳。时间戳（timestamp），一个能表示一份数据在某个特定时间之前已经存在的、 完整的、 可验证的数据,通常是一个字符序列，唯一地标识某一刻的时间。
由于宇宙之大，引力场各异，就没有同步的时间戳。或许A事件的时间戳比B的时间戳还要滞后，所以时钟同步多么重要啊，要不然宇宙还有什么因果关系啊，只有时间顺序，没有因果逻辑。
所以我觉得时间是不存在的，时间只是我们抽象出来测量宇宙膨胀的量具，仅此而已，不要被时间骗了。

清风寡欲

物理学中的时间悖论


时间是一种工具。目前时间可以被“切”到十万亿分之一秒那样短。但被“切”的究竟是什么呢？不像质量和距离，我们无法具体感知到时间。我们看不见，听不到，闻不着，摸不到也尝不出时间；但我们竟能以某种方式测量它。爱因斯坦提出广义相对论后，许多物理学家都尝试不断拓展和精炼该理论。但该过程中遇到的最大挑战，就是时间。




把时间“切成薄片”：一台利用所谓的超精细跃迁定义时间的氢原子钟。（来源：Wikimedia Commons）

“危机出现了，”加州大学河滨分校的数学家John Baez说，“一旦危机得以解决，物理学将走向一个新的方向。”这里说的不是日常生活中的物理。在我们生活着的低能量地球环境中，秒表、摆钟，还有氢原子钟都将继续精准地记录自然流逝的轨迹。但当物理学家们想要将宏观宇宙和亚原子微观世界合并在一起时，危机出现了。

在牛顿经典定律里，时间是特殊的。独立于研究对象之外的“宇宙时钟”记录着每一个瞬间。而在广义相对论中，这一假设不再成立。爱因斯坦认为时间并非绝对的——即不存在这样一块“宇宙时钟”，并用他的方程解释了引力在其中所起的作用。他的引力定律指出，无论用何种计时器测量，得到的结果都将一样。

不过，在物理学的其他领域，尤其是在量子力学中，时钟的选择仍然很关键。在1926年薛定谔提出的波动方程中，它扮演了重要角色。该方程展示了如何将亚原子微粒类比为一束波，无论该微粒是独自运动还是绕着原子旋转。一个波簇可以在空间上从一点运动到另一点，同时在时间上从一个瞬间过渡到另一个瞬间。

从量子力学的角度来看，能量和物质都可以被分割为离散的部分——即量子，它的运动是跳跃而模糊的，处在剧烈的波动中。不像火箭的轨道，这些粒子的行为无法准确计算。利用薛定谔波动方程，仅仅能得到某一粒子，或者说某一波簇到达一个确切位置和速度的可能性。这与经典物理学描述的世界截然不同，以至于爱因斯坦都抱怨这种不确定性。他断不能相信上帝会和世界玩骰子。

你也许会说量子力学为物理学引入了一种混沌：当精确得知某物的位置时，相应地，测得的速度将不准确；反过来，在速度精确可知的情况下位置又是模糊的。海森堡很好地总结了这种独特的现象，即著名的“不确定性原理”。但所有的这些不确定行为都发生在一个确定的“舞台”上，即空间和时间均确定。事实上始终需要有一块可靠的时钟，来记录发生的一切以便物理学家们描述系统变化的机制。至少这是目前量子力学方程建立的方式。

这也是问题的症结所在。物理学家要怎样将引力定律合并起来呢？即如何在量子力学定义的亚原子规则中，无需特定的时钟前提，也能很好地吻合牛顿时间框架？

制造一个量子时钟


在美国犹他大学的广义相对论者Karel Kucha教授看来，测量量子时间的关键是借助数学工具设计一种合适的时钟——这也是他几十年来一直在尝试的事情。他一直试着寻找一种亚原子版本的牛顿钟，或者说是量子计时器，它可以用来描述由量子引力影响的特殊尺度下的物理现象，比如黑洞内部和奇点。

Kucha假设的时钟不像日常生活中的时钟那样，远远地“躲”在角落不受周围事物的影响；而是将作为不可或缺的部分，被置于量子引力发生作用的微小、密集的系统中。这一内置变量有其局限性：该时钟会随系统的变化而变化——所以为了记录时间，就不得不解决这些耦合问题。某种程度上说，这就好比当你每次想要看时间时，都得先拆开腕表并检查其工作状态。

关于这种特别的时钟，最容易想到的就是简单的“物质钟”。Kucha指出，“这当然是我们自古以来一直在用的时钟。现在我们周围所有的时钟都是由物质组成的。”究其根本，传统的时钟就是选择一套粒子或一种液体材料媒介，再记录其变化。不过Kucha借助纸笔，从数学上将物质钟引入量子引力领域，那儿的引力场极强，同时概率性的量子力学效应开始出现。

不过Kucha表示，当你冒险进入该领域时，“物质会变得越来越稠密”。它是这种极端环境下，任何可能用作物质钟的材料的致命弱点；这些材料最终都会被碾碎。这一点可能从一开始就很明显，但Kucha需要准确得知物质钟被破坏的机理，以便更好地理解这一过程并设计新的数学工具来构造他假想的时钟。

更有望用作量子时钟的是空间自身的几何特性：当婴儿宇宙膨胀或黑洞形成时，监测时空的曲率变化。Kucha猜测这一特性即使在量子引力产生的极端环境中也能探测到。膨胀中的宇宙为这一机制提供了最简单的例证。将婴儿期的宇宙想象成一个不断膨胀的气球，一开始其表面弯曲得非常厉害，随着气球越来越大，其表面的曲率变得越来越小。Kucha解释说：“这一变化着的几何特性使得你能够辨明你所处的瞬间。”换句话说，这种几何特性可以被当作一种时钟使用。

不幸的是，迄今为止Kucha研究过的各类时钟针对同一系统分别得出了不同的量子表述和预测。Kucha解释道：“将任何一种时钟置于时空中，都可以拿来计算量子力学并得到的相对应的结果。但一旦你换了一种时钟，比如基于电场的，就会得到完全不同的结果。现在很难评判其中哪个是对的，亦或两者均不正确。”

不止如此，选用的时钟最后还必须不能被碾碎。量子理论认为空间被分割的程度存在一个极限。能够想象的时空量子颗粒最小直径是 厘米，也就是普朗克长度。在这个无限小的尺度内，时空曲率变得跳跃且不连续，时间和空间都开始离散化，并随着“不确定性泡沫”时隐时现。正如物理学家Paul Davies在《关于时间》（About Time）这本书中所写的，“你必须想象所有可能的几何结构——所有可能的时空，空间扭曲和时间扭曲交织在一起形成一种复合体，或者说是‘泡沫’”。

只有充分发展的量子引力理论才能展示在如此小的时空尺度下所发生的一切。Kucha推测，目前广义相对论中一些尚未发现的性质在这个尺度下不会发生量子涨落，而有可能是连续的。如果这一猜想成立，该性质便能够用作Kucha一直以来在寻找的时钟。Kucha怀着这样的希望继续探索着一个又一个可能。

忘记时间


Kucha一直尝试借助一种时钟将广义相对论嵌入量子力学框架中。但许多研究广义相对论的物理学家却认为应该反过来考虑——将量子力学融入广义相对论，把时间作为一个维度来考虑。法国理论物理中心的物理学家Carlo Rovelli便是拥护者之一。

“忘掉时间吧，它只是一个简单的实验事实。”Rovelli表示。他致力于找出不需要时间的量子引力理论。为了简化计算，他和同事Abhay Ashtekar、Lee Smolin一起建立了一个不需要时钟的理论空间。借助于此，他们使用了一套新的变量改写爱因斯坦的广义相对论，以便更容易地理解和适应量子尺度。

他们的理论使得物理学家们能够以一种新的方式去探索引力在亚原子尺度的表现。但真的有可能完全不以时间为参考吗？ “从一开始的狭义相对论到后来的广义相对论，时间的经典概念越来越弱。我们的思考也需要时间，但事实上我们需要时间思考的这件事并不意味着时间就是真实的。” Rovelli补充道。

Rovelli坦言，将时间从最基本的物理定律中剔除可能需要巨大的概念跨越，就像16世纪哥白尼推翻“地心说”并提出“日心说”时科学家们需要做的那样。

但或许在真正的规则中就是没有时间，包括那些适用于亚原子世界的规则。事实上，量子力学中的诸多难题之一——时间问题在一定程度上刺激了变革的发生，对量子力学定律的修正已经开始。作为难题之一，理论学家们一直在修正量子力学中最基本的方程，以剔除任何以时间为直接参照的内容。

这种方法本质上是一种对薛定谔方程的全新解释。刚刚建立时，物理学家可以借此直接计算一颗微粒在某一具体的时间断面上由A点运动到B点的可能性。后来由费曼进一步发展的理论考虑了无数种由A至B可以令人信服的路径，而不论其可能性多么小。时间作为一种变量被剔除掉；唯有可能的路径是关键。将这些可能的路径统合起来，最终就会浮现出一条具体的路径。

这个过程有时候被比作波的干涉。当空中两束波“相遇”时，它们也许会叠加为一束新的、能量更强的波（相长干涉），也许会完全抵消（相消干涉）。类似地，你或许会想到这些可能的路径之间的相互作用——某些增强了，另一些则相互削弱了，最终形成一条路径。更重要的是，时间变量不再参与计算。

加州大学圣巴巴拉分校的James Hartle长期致力于将该思想应用于他的量子宇宙学中，即运用量子力学定律研究婴儿宇宙及其演化。但不同于针对个体粒子的假说，他考虑的是能够描述演化中的宇宙的所有可能的结构，即可能宇宙的无限阵列。当这些丰富各异的结构被统合起来以后，经过相消和相长，最终将形成一个具体的时空。Hartle希望利用这种方法得出宇宙在量子引力场中的行为线索。同时，他不需要选择一个特别的时钟来进行这项物理研究：时间作为一个基本变量消失了。

当然，Isham指出，“抛开时间这个概念后，下一步要做的就是解释我们身处的这个平凡世界，以及萦绕在我们周围的时间。”包括Rovelli在内的一些人怀疑时间本就不是一个基本量，他们表示，时间可能是更接近于温度、压力这样的物理属性。针对单个粒子或原子考虑时压力没有意义，这一概念只有在对上万亿的原子讨论时才存在。时间概念或许恰恰符合这一统计学特征，也就是说，现实世界就像一幅点彩画作。在最小的尺度，即普朗克尺度，时间没有意义，就像我们无法从近处窥见点彩画作中的乾坤一样。

量子引力理论学家喜欢自比为考古学家。每位调查者都在巨大地下城市的不同位置挖掘并发现不完整的遗迹，而城市的全貌不得而知。理论学家现在急需的就是数据，能够帮他们辨明思考方向的实验证据。因为可能需要重现大爆炸时炼狱般的环境，使得这看起来是个不可能完成的任务。但也说不准；比如下一代的引力波望远镜——旨在探测时空平面上漾起的“涟漪”的设备。它们有可能在探测到大爆炸的 “回音”——原初引力波，也就是引力最开始出现那一瞬间产生的遗迹。这将为探索时空本质提供关键线索。

Kucha表示，“数十年前我们还无法说清大爆炸开始的十分钟内发生了什么，但现在，通过搜集林林总总的迹象我们可以做到这一点。也许当我们能够完全理解普朗克尺度上发生的物理现象时，便能对今天遗留的问题作出肯定的答复。”倘若如此，这些证据将带领我们前所未有地接近世界的起源，最后还有可能告诉我们在140亿年以前，时间和空间是如何从一无所有中诞生的。

原文：时间遭遇空前危机：在量子世界，时间没有意义，因此它根本不是基本量？-领研网

同花顺

你有3秒时间来阅读这篇爆炸性的文章，
此后你所有关于时间的认知将灰飞烟灭。
翻开纸页，踏进没有现在的世界吧，
1小时不再是60分钟，粒子能够时间倒流，这才是我们的世界！<hr/>时间存在吗？你可能会对这个问题嗤之以鼻：“当然喽，时间肯定存在！否则的话，闹钟不会大清早把我从被窝里拉出来，一节课不会要上45分钟，老爹老娘不会一把年纪，而我也不是黄毛小子……”


的确如此，时间在流逝，我们需要承受其加诸于我们的效应。那么，何谓“时间”？是小时吗？早在4000年前，埃及人和巴比伦人就依据太阳在空中的运动轨迹——这其实是地球自转造成的表相——将一天划分为24小时。
直至1960年，1秒都相当于平均太阳日的1/86400。可是，问题出现了：这意味着地球一直在匀速转动。然而，事实并非如此。随着观测和测量技术的昌明发达，天体物理学家意识到，地球的自转速度不是一成不变的。在月球引力的作用下，地球的自转速度平均每个世纪减缓0.00164秒。微不足道。
不过，经过数个世纪的积累，一天会变得越来越长，每秒的长度也将因此而改变。麻烦喽……你能想象1米随时间推移变成1.01米、1千克变成1.2千克吗？绝对不行！为了精确计量时间，1秒在任何时代都应该是1秒！物理学家开始着手寻找某种固定持续1秒的现象以解决难题，它必须完全稳定，和地球自转没有任何关系。于是，到了20世纪60年代，1秒变成了“铯-133基态的两个超精细能级间跃迁辐射震荡9192631770周”。



人们根据原子振荡来定义1秒的长度。激光刺激下的锶原子比目前的官方标准铯原子钟更精确。

换个简单说法，就是……当你向某个原子，比如铯-133施加能量，它会立即吸收，并以电磁波的形式再将能量释放出来。这种电磁波可被视作一连串在水面扩散开来的波浪，有波峰和波谷。好了，当你数完9192631770个波峰和波谷，正好过去了1秒。鉴于原子不会随时间改变特性，1秒的长度从此恒定不变。


<hr/>跟随原子的节奏

但是，这个定义能具体告诉我们时间是什么吗？不能。举例来说，当我们使用米尺来计量木板的长度，在得到数值之前，我们的双眼就能直观地感知到长度。当我们说到某个物品的质量，我们清楚地知道物品的质量取决于其构成物质。
可时间呢？它看不见摸不着。那么，我们测量的是什么？虚无。无论我们的参照物是地球自转抑或表针转动，我们只是在不同的时长之间比较。假如洗碗时，手表的分针移动了1/6圈，我们能推断出用了10分钟；假如午睡时，太阳在空中偏移了15°，那就说明睡了1小时……无论何时，我们总是通过对比另一种运动来评估一个行为的用时。
我们看见表针在动，于是我们说“这就是时间”……但在物理学家看来，这显然不够，他们希望“看见”时间，比如构成时间的基本粒子，就像他们已经捕捉到的“产生”质量的希格斯玻色子。



在大型强子对撞机观测到的因质子碰撞而产生的希格斯玻色子候选事件：上方的紧凑渺子线圈实验展示出衰变为两个光子（黄虚线与绿实线）的事件，下方的超环面仪器实验展示衰变为四个μ子（红径迹）的事件。

只不过物理学家越是想要确定时间，后者就越是不可捉摸……“时间不可捉摸？怎么会，至少有些概念是我们确信无疑的，比如，过去现在和未来……”你真的这么以为？那就来谈谈现在吧。所谓“现在”，就是你念出这两字的当时当刻，而这一刻似乎放之四海而皆准，你是这么想的吧？但你会发现事情没那么简单。
举个例子吧，比如你想知道“此刻海王星上发生了什么”。很难精确回答这个问题。
这样说吧，假设在这颗距离太阳45亿千米的气态巨行星的卫星上，人们建立了基地。驻扎在那边的朋友和你用超现代的Skype保持联系。只要他愿意，你就能在他的房间里面看见他。他也如此。
<hr/>时差

早上9点，你到达自己的房间，打开电脑，想知道你的朋友同一时间在干嘛。电脑屏幕上，你看见他坐在床上阅读。由此得出结论：在你打开电脑的同时，你的朋友正在看书。那么他一定也能看到你的即时所为吧？同一时间，如果你的朋友放下书本，坐在床上望向电脑，他会看见你来到电脑前面吗？不会。他会看见你的卧室一片漆黑。



光线从地球抵达海王星需要 4 个小时，因此，你在地球上看见海王星卫星上的朋友，那已经是 4 小时前的他了。同样的，他看见的也是 4 小时前的你！所谓“现在”，着实难以定义……

这很正常：现在是凌晨1点，你当然在呼呼大睡。凌晨1点？没错，因为信息传递也需要时间，而速度不可能超过光速（略小于300 000千米/秒）。图像大致用了4小时才走完从地球到海王星的距离。
因此，早上9点你看见的关于你朋友的图像，其实4个小时之前就已经摄录下来。而在你的电脑屏幕上，你看见你的朋友在看的关于你的影像更要早上4个小时。两个4小时，就是8小时的时差。好一个同时啊！由于距离这个因素“作祟”，三个不同的时刻同时存在于所谓的“现在”中。对于一个“显而易见”的概念来说，这也够尴尬的……
<hr/>各有各的时间

这还没完。距离不但妨碍我们定义一个共有的现在，而且不同星球上时长还不一致！这是爱因斯坦的重要发现之一，他的狭义相对论对此进行过论述。
假如你乘坐高速飞船绕月球飞行，飞船上的你会觉得时钟的运动一切正常。你地球上的亲人也有同样的感觉。只是……当你返回地球后，他们会劈头盖脸地骂你：“你不是说只去3天嘛，怎么走了一星期！”你表示抗议：“没有啊，就去了3天啊！”
怪事出现了！你们拿出各自的手表来证明，手表证明你们都没瞎说……对于你的亲人和你而言，时间都在正常流逝。可是，时长并不一样。这是怎么回事？因为你的运动接近光速，导致手表不再同步运转。想要弄明白这等怪事，只要读一下光子钟的内容就行，你就会发现真相并不神秘。此外，看过《星际穿越》的读者已经知晓有时间膨胀这么回事，这是电影中的一个重要设置。



在 电 影《 星 际 穿 越》中，主人公库珀和布兰德在一个接近黑洞的星球上滞留了几分钟才返回远处的飞船。踏上飞船后，他们发现同伴老了 20 多岁！时间膨胀简直是骇人听闻。但这次并不是速度扰乱了时钟，始作俑者是引力。根据爱因斯坦的广义相对论，可以把引力看作是空间和时间的扭曲。

因此，即使能和海王星建立实时联系，但由于星球转速不同，还是会引起时差。爱因斯坦曾证明，处于相对运动中的两位观察者是无法在“同时性”这个概念上达成一致的。
当然，狭义相对论的结果只有在接近光速的条件下才能感知，绕太阳转动的地球和海王星并不属于此种情况。实际操作中，我们能够在海王星和地球之间营造某种“同时性”，但只是近似，在物理学家眼中离正宗的“同时性”差得远呢。
所以说，所谓存在一个巨型的万能钟表，能够统一地为仙女座星系（距离我们250万光年）和银河系计时，从而为所有人定义出“过去”、“现在”和“未来”，这是想得美。



仙女座星系

没有普世的时间，时间因人而异。只不过在宇宙某个小小的角落，在我们地球上，相对论的效应微乎其微。我们由此产生错觉，以为普世的时间真的存在，这只是因为我们对这个问题钻研得还不够深入……
<hr/>没有过去和未来的粒子

方才的太空之旅稍稍改变了你对时间的认知？别指望向物质核心的漫游能带来更舒服的答案！原子核里的质子会听见时间的滴答声吗？不会……时间之河从它们身上流过，就像水流掠过鸭毛，不留一丝痕迹。质子不会衰老。质子不会死亡。保守估计，它有10^33年的寿命，远高于宇宙的岁数。围绕质子运行的电子也是如此，它们是永恒的。时间不会对它们造成影响。



质子夸克结构的简单示意图，每个单独夸克的颜色可以随意设定，但是必须用到三种不同颜色，混合成为白色。

好吧，老实说，这些都是例外。很多粒子有生命年限，从万亿分之一秒至数个小时，此后便衰变成其他粒子或纯能量。啊！总算有看似正常的现象了……也只是看似而已。因为粒子和时间的关系有点活络。它们会轻而易举地把“过去”和“未来”搅成一锅粥！想象一下倒放电影的情形，你立马就能明白是怎么回事。
当物理学家观看他们最为钟爱的“大片”之一——质子碰撞时，他们可以从结尾看到开头，也能从开头看到结尾，毫无难度。根据物理法则，只需满足一项条件：倒放的电影应透过一面特殊的镜子来观看，这镜子不仅能倒置影像，还能颠倒其量子特性，从而使其和正向播放的影片一模一样。


对于我们而言，即使是在镜子中，倒放的电影也是无法理解的。但在粒子物理学的范畴中，时间能够向不同的两个方向流逝。你将发现这个理论能带着我们走很远。你听说过反物质吧？每个粒子都拥有其反物质：相同的质量，但电荷（以及其他量子特性）相反。反物质粒子就像是粒子在“特殊”镜子当中的倒影。
尽管让反物质变得家喻户晓的是《星际迷航》（柯克船长的“进取”号飞船正是用反物质作为燃料），但它其实真的存在！



星际迷航海报

正电子作为电子的反粒子已经多次被探测器探察到。然而，反物质和物质的一大特点是：两者无法共存。正电子和电子一旦相遇就会消失，转变成两个光子。
<hr/>乱七八糟的时间

不过这次“相遇”还有另一种诠释方式：电子碰到的不是正电子，而是在时间中逆行的光子！整个过程就像是两个粒子交换了各自的行进路线。


逆行的光子于是沿时间之河而下（这不会改变它的属性：光子正是它自己的反粒子，根本无法区分一枚时光倒流的光子和一枚沿时间之河而下的光子），而电子则开始沿时间之河回溯而上。在我们的眼中，它就是和电子质量相同的粒子，但所有特性正好相反，也即所谓的正电子，电子的反物质。
关于反物质的这一阐述解释了为何所有粒子都有自己的反粒子，质量相同，特性相反。因为每颗粒子都有可能撞上某颗回溯时间的光子，自己也逆时而行。不过你要明白，这只是对反物质的一种解释，甚至连一些物理学家也觉得荒诞不经呢。
管他呢。从纯数学的角度来看，当我们用方程式描述粒子和反粒子的相遇，时间的流逝就没有了偏向性，过去和未来没有任何意义。
面对此类怪相，有些物理学家甚至怀疑起时间的存在来！目前物理学的一大重点是要调和广义相对论和量子力学，前者描绘引力所主宰的宇宙，后者描绘粒子世界。相对论于粒子一窍不通，引力也完全无视量子物理法则。因此，物理学家致力开发一种替代理论，能在微观物理与宏观物理之间达成统一。



这是欧洲粒子物理研究中心（CERN）大型强子对撞机拍摄的照片，两个铅原子核相撞迸发出粒子束。这些粒子有的能永恒存在，有的还能回溯时间。

这一努力暂时还未能获得成功，但有些思路似乎前景可观。其中之一就是圈量子引力论。看它的名字就知道它有多复杂，三言两语没法说清。但该理论关于时间的观点让我们颇感兴趣。很简单：时间根本不存在，幻象而已！
研究该理论的科学家试图重写物理法则，在他们的方程中去除时间变量t。截至目前，没有迹象表明他们会失败。时间来日无多了……
<hr/>巨大幻象？

时间，幻象？难以相信，因为这个“幻象”使我们的生活井然有序。幻象从何而来？一个简单的实验能给我们一点提示……拿一个放满水的玻璃杯，往里面滴一滴墨水。起初，你能在透明的液体中间看见一滴墨水。墨水渐渐化开，很快，整杯水变成了墨水的颜色。



墨滴最终完全融入水中。此刻，熵（墨水加清水这一系统的混乱）达到了最大值。熵不会减弱，因此我们以为有“之前”和“之后”之分，从而感到时间流逝。

这个实验，你可以重复做上10次，最终你都会得到一杯墨水的稀释物。从单个分子角度来看，墨水没有“理由”混合入水中。没有一条物理法则会强迫分子混合。不过热力学第二定律倒是认为，一个独立系统（此处是指清水加墨水的杯中物）会自发地演变成一种平衡状态，更加稳定，也更加无序。
用物理语言来解释就是“熵”增加了。没听过这词？记住喽，“熵”是指某个系统的混乱程度。对啦！混乱是可以测量的……那也就是完整地描述一个系统所需的信息量。信息量越大，越是混乱。



熔冰——増熵的经典例子

假如你的卧室里只有一张床，一个衣橱，一张书桌，你能轻而易举地向你的小伙伴描绘卧室的布局。与此相反，如果床没铺好，臭袜子乱丢，书本随便摊在书桌上，那你要提供更多的信息才能让你的朋友对你的卧室有精确的印象。后一种情况“熵”更高。
根据热力学定律，所有独立系统的熵会自发地增长。这就给时间安上了“方向的箭头”……单向箭头哦。对喽！熵会让某些经验变得不可逆转，这就能定义过去和未来了。比如墨水滴绝不会在水杯中重新聚合。
理论上来说，没有什么能阻止墨水分子重新聚合。但就总体来看，墨水分子绝无机会再聚为墨水滴。相较于泾渭分明的两种物质构成的某系统，混合物总是更难描绘。重新聚合墨水滴意味着减少系统里的熵，这是不可能的事儿！简直是闻所未闻。你可以整理干净你的卧室，减少卧室的熵。可你一旦介入，卧室就不再是一个独立系统。


你整理房间的努力也在释放能量，放出热能，于是增加了整个宇宙的熵。最终，整体熵的增加会抵消局部熵的减少，两者无法割裂开来。所有系统都在向混乱发展。古老文明的废墟就是明证……
<hr/>混乱避无可避

你在不经意间可能注意到了，熵的介入只是用来描述充斥各种粒子的复杂系统，而在单个粒子的层面，熵没有了意义，所以说粒子似乎逃脱了时间的魔爪。那我们呢？作为复杂系统，我们当然要承受熵的效应。
然而，你可能会问：鲜活的生命体就是一个小小的奇迹，竟然能将各种细胞、器官组织得井井有条，和混乱风马牛不相及嘛！可是注意喽，别忘了熵的精确定义：熵的增加是针对独立系统。如果完全隔离一个有机体，没有食物，没有呼吸的气体，它就会死去、分解……这不就是混乱的表现嘛！
我们能够维持机体的秩序，是因为持续不断地通过空气和食物获得能量。我们限制了身体内部的熵，却增加了整个宇宙的熵。我们的躯体会不由自主地屈服，渐渐失灵，直至死亡。熵最终击败肉体，迎来胜利。我们感受到的时间不是钟表发出的滴答声，而是这场注定失败的抗争：我们的机体无法对抗混乱。

撰文 Fabrice Nicot
编译 黄雅琴


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