科学解读：什么是时间？什么是空间？理论上时空是什么？

莺歌燕舞

迭代版本：167，约2.2万字   

时间与空间是无处不在的，但时间与空间到底是什么呢？
在生活中，我们可以通过很多具体概念或直观感受，去理解、描述和感知时间与空间，但我们无法了解其本质，因为具体与直观，无法抵达时间与空间的——底层构建与作用路径。
显然，时间与空间在事物的最底层，并支撑与构建了生活与万物。
但科学视角，却提供了一套绕过“具体与直观”的逻辑路径，让我们可以在感知层面以下，洞察到时间与空间的“本质图像”，即：底层构建与作用路径。
本文，将会从相对论与量子力学的角度，去推演并解读，时间与空间的本质所在。
主题目录如下：

• 时间的本质
  
• 时间的方向
  
• 空间的本质
  
• 时间与空间
  
• 四维时空
  
• 场与以太
  
• 结语
  
• 后记1：为什么光子没有静质量
  
• 后记2：光子与静频率
  
• 后记3：光与测地线
  
• 后记4：宇宙循环与时间对称
  
• 后记5：熵、信息、时间
  
• 后记6：方程、概率与时间
  
• 后记7：非线性的时间
  
• 后记8：无时无空
  

时间的本质

最简单的理解，时间是用来描述变化的计量，没有变化就没有时间——这个理解在宏观没有问题，但在微观不够准确，因为光子就有变化没时间，不过我们先从简单开始，再慢慢展开复杂准确的理解。
那么试想，如果一切都不再变化了，还会有时间吗？
就算有时间，也没有“变化之物”用来计时，就算例外一只时钟可以变化，这个时钟上转动的指针或是跳动的字符，到底是在记录什么呢？它描述的时间流逝还有意义吗？
事实上，时间的发明和存在，就是为了——记录或是描述某种变化的，例如：

• 地球的自转变化产生了一天。
  
• 地球的公转变化产生了一年。
  
• 太阳的周期变化产生了阳历。
  
• 月亮的周期变化产生了阴历。
  
• 人体的衰老变化产生了年龄。
  

而时间的基础单位——秒：

• 最初是由秒摆的运动变化来计量的，
  
• 后来是地球的自转变化来计量的，
  
• 然后是地球公转变化来计量的，
  
• 最后是原子结构的辐射周期变化来计量的，即：铯133原子辐射电磁波的周期倍数。
  

可见，是变化产生了时间，而不是时间导致了变化，变化是物理客观，时间是人为定义，即：物理变化（地球自转一圈）定义了时间（一天），时间（一天）计量了物理变化（地球自转一圈）。
那么从感知上说，正是事物逐渐变化得不同以往，才使我们注意到了时间的流逝——相反，正是静止的照片不会变化，它才可以捕捉并凝固时间。
因此，如果宇宙全部的一切（包括从微观到宏观），都静止不动了，那么变化就不存在了，随之时间也就不存在了，同时也失去了计时的手段和意义。
而如果想要一切都静止不动，就需要微观粒子停止运动，但又因为“海森堡不确定性原理”指出——无法同时精确地获得粒子的位置和动量。
所以，粒子绝对静止，动量为零，位置确定，这就会与不确定性原理相矛盾——如果不确定性原理有效，那么粒子就无法静止不动。
这个不确定性原理（Uncertainty Principle），在量子力学中，是指粒子内在的禀性（即波粒二象性），其代表了粒子状态（可观测）的客观现实。
在数学上，粒子状态由波函数描述，在物理上，波函数被诠释为随机概率——这意味着，微观粒子的状态，其精确性受到了某种根本性的本质限制。

波函数——是量子力学中，定量描述微观粒子状态（即量子态）的函数，其代表了量子态的概率分布，呈现了粒子的概率波动性，也被称为概率波，或波粒二象性中的物质波。

需要指出的是，如果没有发现不确定性原理，我们就不能确定粒子无法静止，是科技水平的限制——暂时无法做到，还是存在根本性的现实制约——永远无法做到。
而从另一个角度来看，物质的温度取决于其内部原子、分子等粒子的动能——如果粒子停止运动，其动能就低到了量子力学的最低点，此时物质即达到绝对零度。
然而，根据热力学第三定律，绝对零度永远无法达到，只可无限逼近，所以粒子无法静止不动。

热力学第三定律——这是一个实验结果归纳出的结论，来自普朗克的表述是：当绝对温度趋于零时，固体和液体的熵值也趋于零。后来，能斯特又将这一规律表述为：绝对零度不可能达到原理，即不可能使一个物体冷却到绝对温度的零度。

绝对零度——是热力学的最低温度，是粒子动能低到量子力学最低点时物质的温度，不能再低。除非构成物质的实粒子，完全没有振动且体积为零。所以，绝对零度是仅存于理论的下限值，即0K（−273.15℃）。

普朗克温度——是热力学的最高温度，在此温度下，热辐射发出的光的波长达到普朗克长度，这也是宇宙大爆炸第一个瞬间的温度。所以，普朗克温度是仅存于理论的上限值，即大约1.4 * 10^32K。

对于，热量（有绝对零度的限制）、概率（有不确定性原理的限制）与时间的关系，理论物理学家——卡洛·罗韦利（Carlo Rovelli），在《七堂极简物理课》中，曾通俗地指出：
“时间流逝这个鲜活的经验从何而来？我认为答案就在热量和时间的紧密联系中：只有当热量发生转移时，才有过去和未来的区别。热量与概率相关，而概率又决定了：我们和周围世界的互动无法追究到微小的细节。”
“……「时间的流逝」更多地出现在统计学与热力学中，这可能就是揭开时间之谜的钥匙。「此刻」（时间）并不比「此处」（位置）更加客观，但是世界内部微观的相互作用，促使某系统（比如我们自己）内部出现了时间性的现象，这个系统只通过无数变量相互作用。”
“在引力、量子力学和热力学三者的交叉地带，许多问题纠缠在一起，而时间就位于这团乱麻的中心。”
那么，如果微观粒子无法停止变化，就表明时间是必须存在的，而微观粒子的变化，就可以用量子态来计数——量子态的作用，就是描述了微观粒子的运动状态。
也就是说，计算不同量子态个数的变化（叠加态中的每一个态都要算），就是粒子时间的变化——类比来看，用量子态标记“时间戳”，就像用辐射光谱来标记原子的“指纹”。
简而言之，时间就是量子尺度上可计数的状态变化，即量子态计数。
例如，薛猫处在“生且死”的叠加态，就有两个量子态，之后处在“生或死”的确定状态，就只有一个量子态，那么这种量子态个数的变化，就是薛猫时间的变化——可见，叠加态的时间多于单一态。
而系统的量子态如何计数，这涉及到了——泡利不相容原理（Pauli Exclusion Principle），即：在费米子组成的系统中，不能有两个或两个以上的粒子，处在相同的量子态，而玻色子组成的系统则不受此限制。

费米子——是指自旋为半奇数的粒子，如电子。
玻色子——是指自旋为整数的粒子，如光子。

这意味着，费米子系统——不能有全同粒子，量子态可以计数；玻色子系统——可以有全同粒子，量子态不可计数。
也就是说，由费米子构成的物质，其量子态计数的变化，就是在最微观处，描述时间所需要的变化，即存在时间；而由玻色子构成的物质，没有不同的量子态可以计数，或说没有“有序”可以区分变化，即不存在时间。
需要指出的是，量子态相同，就没有办法计数的原因在于，粒子没有明确的轨道，由于不确定性原理，它可以出现的位置是“概率云”，所以就没有办法追踪多个相同量子态中的一个，即不能给相同的量子态“编号”，这样多个相同的量子态就没办法区分，只能算一个，同时测量还会改变全同粒子的量子态，使其变得不同。
那么，如果费米子与玻色子，不构成系统，仅独立存在（也就是基本粒子），它们本身量子态变化，就会有时间，否则就没有。而通常有质量，理论上就会衰变，衰变就会改变量子态计数，产生时间。

• 例如，光子是玻色子，它无论是组成系统（即一束光），还是单独一个，其量子态计数都不存在变化，并且光子没有质量，也不会衰变——说明光子没有时间，或说时间静止。
  
• 例如，电子是费米子，它在原子系统中，遵循不相容原理，两个电子量子态无法相同——说明原子系统有时间；而单独的两个电子，它们的量子态是相同的——说明仅有两个电子（没有相互作用）的系统没有时间。
  
• 例如，同一类夸克（如上夸克）是全同的基本粒子——说明单独的夸克没有时间，但由于“夸克禁闭”，夸克不能单独存在，而由夸克组成的系统（如质子、中子）会由于弱力而衰变——说明夸克系统有时间，即：质子和中子组成的原子核有时间。
  
• 例如，正反粒子相遇湮灭（质量消失），或高能光子碰撞产生正反粒子（质量产生），其系统的量子态计数都会变化——说明这个系统有时间。
  

可见，时间所对应的变化，并不一定就是速度或是位置的变化，而是量子态计数的变化。那么如果量子态计数不变，则意味着量子态全同系统，没有历史与未来，只有静止的现在。
需要深入说明的是，变化可以是相对的（即与参考系相关），也可以是绝对的（即与参考系无关），前者对应了相对时间（如相对速度有相对时间），后者对应了绝对时间（如加速度有绝对时间），而量子态计数的变化就是一种绝对变化，因为其过程存在（与参考系无关的）“状态跳变”——微观表现是出现过相互作用，宏观表现是出现过加速度（即受力）——这可以看成是物质的绝对变化，而不是相对变化。
从这个角度来看，量子纠缠的超距作用，之所以不需要时间，就是因为处在纠缠态的粒子们，无论相距多远，作为一个“整体系统”，其整体的量子态计数，在叠加态坍缩前后是不变的，从而这个过程也就没有可计数的时间了。
例如，简化模型，两个纠缠态的粒子，每个粒子都处在正负自旋的叠加态（如50%正、50%负，正负代表不同的自旋方向），而自旋不同量子态就不同，那么两个粒子整体的量子态计数，就是一正一负，只不过不确定谁正谁负（如50%正负、50%负正），而在超距作用之后，两个粒子的自旋就会确定谁正谁负，但整体的量子态计数不变，即：始终为有一个正、有一个负。
那么，叠加态的坍缩，即波函数的坍缩，这个过程前后（整体系统）的量子态计数是不变的，所以量子态坍缩也是不需要时间的，即可以瞬间完成坍缩。
因此，我们可以得出，任何不需要时间的相互作用，其过程前后，量子态计数都不会发生变化，即：变化不需要时间，是因为量子态计数没有变化。
不过，这里有两点需要注意：

• 第一，量子态计数不变，就没有信息，也无法传递信息，所以量子纠缠现象，其过程没有信息。
  
• 第二，光子传递的信息，不是其自身的量子态变化，而是反应了费米子量子态的变化。
  

可见，信息与时间，在微观的来源是共同的，即量子态的计数变化，或说是量子数自由度的排列组合，即量子比特（Qubit）——而量子纠缠，则可能是离散量子比特之间（由量子虫洞连接）的关联性质。
换言之，时空结构是量子比特，由量子虫洞连接而成的，具有量子纠缠的，复杂信息网络。
那么如前所述，在数学上量子态用波函数描述——其取值是复数，因此物理上可看成“复数场”，而这个复数的模平方，其物理意义就是粒子状态的概率——但函数即映射，且量子态必有量子化的非连续数值——所以量子态计数，可以通过统计波函数量子化的映射数来计算。
最后，时间不仅有长度（即变化的计数）——这是通常的时间意义，也有速度（即计数的快慢）——这是通常的时间流逝，如：秒针一圈的转动变化，计数了一分钟的时间长度，而秒针不同的转动快慢（客观上没有绝对统一恒定不变的计数标尺），则计数了一分钟不同的时间速度，即时间流逝的快慢（这个后面详细讨论）。
时间的方向

理论上，费米子构成了——物质结构，而玻色子则传递了——相互作用，那么除了光子，另外还有三种玻色子：

• 胶子——没有质量，无法抵达光速，由于夸克禁闭被束缚在原子核内部，相当于暂停时间。
  
• W和Z玻色子——有质量，无法抵达光速，通过弱相互作用减少费米子的质量，相当于消耗时间。
  
• 希格斯粒子——有质量，无法抵达光速，由希格斯场产生（场是粒子的集合，粒子是场的振动），而希格斯场还负责赋予其它粒子质量，相当于产生时间。
  

至于，超越光速产生虚数时间，并不对应着物理上的客观存在，而在现实中，也没有任何有质量的物体，可以抵达或是超越光速。

在狭义相对论下，观察者参考系时间（静系时间） = 运动者参考系时间（动系时间） * 洛伦兹因子——1 / sqrt(1 - (v / c)^2)，当v > c即速度超光速时，洛伦兹因子开根号出现负数，因此时间变为虚数。

不过，有一种假想中的粒子，一直处在超光速运动的状态，称之为——快子，它的质量平方为负数，即拥有虚质量，对应了虚能量与虚时间。快子的存在，并不违背狭义相对论的设定，只是目前并没有发现其存在的证据。
但，如果仅从数学上来看，有正就有对称的负，所以有正时间就有负时间，即存在时间倒流——只不过，宇宙的演化具有方向，并不像数学只有逻辑性和对称性，而没有方向的限制性。
然而，还有观点认为，时间并不是连续的，而是量子化的——因为微观粒子能量变化的非连续性，会让时间也一起变得非连续，即存在一个最小的时间单位——就是普朗克时间（h / c，普朗克长度 / 光速），约为 10^-43秒。

大爆炸过后10^-43秒，即所谓的普朗克时间，计算的宇宙温度大约是10^32K，比太阳内部的温度还高10亿亿亿（10^25）倍，然后，宇宙随时间膨胀、冷却……

但这不重要，所有对时间不同角度的描述，最终都会落实到变化上——时间是用来描述变化的计量，没有变化就没有时间了。
那么，从微观角度来看，量子态计数所描述的微观变化，就是变化的终极本质，也就是时间的终极本质——代表着时间计数器“嘀嗒嘀嗒”的最终来源。
那么，从宏观角度来看，广义相对论认为时间、空间、物质三者不能分开解释，它们是宇宙的基本结构。因此，物质变化就一定会带来时间的变化。这可以理解为，是微观粒子的变化，积累形成了宏观物质的变化，最终使得时间从微观到宏观，连续而统一的存在。
而在宏观统计上，物质的变化是有方向的，即是宇宙无序熵增的方向——这对应了现实中，四种等价的变化：

• 第一，质量（有序结构，势能）转化成能量（无序运动，动能）。
  
• 第二，对称性破缺（低温，低对称性）转化成对称性（高温，高对称性）。
  
• 第三，物质粒子（费米子）转化成光子（玻色子）。
  
• 第四，量子态（不同）可计数，转化成量子态（全同）不可计数。
  

也就是说：

• 质量——是低温，导致对称性破缺的有序结构，其微观粒子的量子态不同，蕴含着势能。
  
• 能量——是高温，导致对称性恢复的无序运动，其微观粒子的量子态相同，蕴含着动能。
  
• 熵增——是从质量到能量，从低温到高温，从不对称到对称，从有序到无序，从物质粒子到光子，从势能到动能，从静止到光速，从不运动到运动的过程。
  

事实上，只有不对称才会有某种变化，如果一切都是对称的，那么一切操作的结果，就都具有了“不变性”，也就没有了“变化”，即：对称性具有不变性。
更深刻地说，对称意味着不变，不变意味着守恒，守恒意味着可转化，可转化意味着存在相互作用，即：对称蕴含着相互作用。
弦理论专家——布赖恩·格林（Brian Greene），在《宇宙的结构》中，给出过这样一个视角：
“事实上，我们将会看到，宇宙的历史在某种程度上可说是对称性的历史。宇宙演化中最关键的时刻就是平衡与秩序被突然打破的时刻，在这样的时刻，宇宙的性质会突然变得不同于之前。”
物理学家——尼尔斯·玻尔（Niels Bohr），曾有句名言：
“一个深刻真理的反面，可能是另一个深刻的真理。”——如果深刻真理源于物理定律，那么基于对称性，它的反面也会源于这个物理定律，所以也是深刻真理。
而从宏观来看，时间就是熵的变化——熵增是时间流逝，熵减是时间倒流——而质量、低温、不对称、有序、物质粒子、势能、静止、不运动等——都可以看成是，存储着“时间”，但会自然流逝。

能量——是一个守恒量，可以在不同形式之间转化，由运动划分为势能和动能（以及两者的混合），势能是运动的潜力，动能是运动的度量，也就说势能存储了动能的能量，这两类可以描述所有形式的能量。那么利用能量，就是释放势能中的能量，或说转化势能为动能，也就是降低能量差。

通常可利用的能量，也被称为自由能（如化学能、热能），其代表了将内能转化为对外做功的能力，而内能中不自由的能量是核能（一般难以利用），而增加或减少自由能，几乎不影响物质的质量（但实际仍有极小的影响）。

例如，生命与产品的创造，是局部熵减——相当于（局部）产生时间；生命与产品的磨损，是局部熵增——相当于（局部）消耗时间。
例如，人体的衰老时间，微观上是基因从有序到无序的变化，最本质是物质粒子量子态计数的变化，其过程是，基本粒子（主要是核外电子）变化影响了原子，原子变化影响了分子，分子变化影响了基因表达，基因表达影响了细胞运作，细胞运作影响了组织器官，最终影响了人体衰老变化，即衰老时间。
例如，低温冷冻其实就是最简单的——减缓时间流逝速度的方法，所以电冰箱才能够冷冻保鲜——这里“保鲜”其实就是保存了“生物体”的时间（生命时间已经清零）。
由此可见，时间的方向（即时间的变化）指向了——无序熵增和质能转化。而光子没有质量，仅有能量，量子态不可计数——则代表着时间变化的终点，所以光子的时间静止，不再变化。
但需要指出的是，熵增是宏观统计，在微观可以随机到熵减，要定量的描述时间——在宏观可以用熵值计数，在微观可以用量子态计数——而微观与宏观的分界线，就是量子效应，即：有量子效应是微观，反之是宏观。
最后，如果物质变化代表了时间，那么这个变化的快慢，就会代表不同的时间流逝速度，这对应了两种相对论的结论：

• 狭义相对论指出——相对速度越快，时间就越慢，即相对时间膨胀，反之亦反。
  
• 广义相对论指出——近引力场越强，时间就越慢，即绝对时间膨胀，反之亦反。
  

换言之，速度与引力，都将会影响时间流逝的快慢。
但需要注意的是，根据广义相对论，在超强引力场中（如黑洞中），时间可以慢到静止，但这与光子的时间静止，却是两种本质不同的静止：

• 光子的时间静止——是因为没有质量，从而没有了物质变化。
  
• 黑洞的时间静止——是因为质量极大，引力将物质极端紧密的挤压在一起，导致没有运动、温度几乎抵达绝对零度，从而没有了物质变化。
  

例如，物理学家——史蒂芬·霍金（Stephen Hawking），通过结合部分的广义相对论与量子力学，证明黑洞也拥有温度，通过计算发现，质量约为3个太阳质量的黑洞，其温度大约只比绝对零度高一亿分之一度（约1.8 * 10^-9K），这几乎就没有任何微观运动了。
事实上，黑洞越大越冷，我们银河系中心的质量约4 * 10^6个太阳质量的黑洞，温度只有1.5 * 10^-14K——这意味着，黑洞越大物质变化越慢，即时间越慢。
但致密黑洞的巨大质量，仍然可以通过霍金辐射（Hawking Radiation）蒸发，因此理论上，如果没有通过其它方式获得质量，黑洞将会不断缩小，并最终消失。
最后，宇宙膨胀产生的物质变化，所带来的时间变化，是宇宙各处均匀相同的，它与宇宙穿行的物质变化，所带来的时间变化，是完全不同的，因为后者可以各不相同（包括了相对或绝对，但除了抵达光速时间静止）。

1，有关黑洞和大爆炸的数据，取自《宇宙的轮回》（罗杰·彭罗斯，Roger Penrose）和《宇宙的琴弦》（布赖恩·格林，Brian Greene）。
2，有关时间的快与慢，参看主题相关文章。

空间的本质

因为有了物质，物质变化的呈现就是空间，比如长宽高、位置差、大小方向等，都是随着物质变化所展现出来的——结构属性。
而通常，我们所谓的空间感，最主要来源就是空，并且曾经人们觉得真空是没有任何物质的。但没有物质，又怎么会有空间呢？后来，量子场论认为真空——并不是没有任何物质，而是充满了场和能量的。
事实上，场是一种存在于空间之中，“看不见摸不着”但确实存在的物质，如引力场、电磁场、夸克场、电子场、中微子场、光子场、希格斯场、量子场等等，都具有客观存在的可观测效应。
可见，场就是物质变化的范围——它能够被量子化激发，产生能量和动量，以及与微观粒子发生相互作用。
那么，真空中的场——其实是充满了虚粒子的，并且虚粒子，会持续地随机生成或湮灭于空间的任意位置，产生可观测效应。而如果所有位置的虚粒子，都处在了最低能量态，那么空间就抵达了最低能量态，即量子真空态。

虚粒子——相对于实粒子，其无质量、无法直接观测到，但存在可观测效应，如卡西米尔效应。注意，观测效应是相互作用的结果，直接观测是相互作用的本身，只要能够观测到的粒子，就是实粒子，而不是虚粒子。

卡西米尔效应——是指真空中两片中性（不带电）的金属箔，在距离非常非常小的时候，会出现相互的吸力，也就是卡什米尔力，这在经典理论中是不会出现的现象。而产生这种吸力的原因，就是在金属箔之间的距离，小于真空中虚粒子的波长时（波粒二象性），虚粒子就无法存在于金属箔之间，从而金属箔外的虚粒子就会迫使金属箔相互靠拢。

于是，量子真空就可以理解为场的真空态——是场能量最低的状态，此时场是不可观测的，而可观测的状态，也就是有粒子的状态——称之为场的激发态。
由此可见，场的激发态产生了实粒子，所以可观测，场的真空态只有虚粒子，所以不可观测。而所有场和粒子，可以分为两类：

• 一类是物质场与物质粒子，如电子场与电子，
  
• 一类是规范场与规范粒子，如电磁场与光子。
  

于是，场就可以看成是，同类型粒子的集合，而场中的微小振动（即量子化激发），就产生了一类粒子，就如：

• 光子是电磁场的微小振动，
  
• 电子是电子场的微小振动，
  
• 希子是希格斯场的微小振动。
  

这可以形象地理解成，向平静的湖面，扔下一个小石子，结果湖面波纹涟漪，于是平静的湖面从能量最低态（即基态）中被激发了。
由此可见，真空并不是空的，里面充满了场和能量，而在宇宙中，也没有什么地方是“空”的，因为物质无处不在，并且也只有物质存在，才会有空间的存在。
而从量子概率的角度来看，真空的结构其实极其丰富复杂——因为，它由粒子可以随机出现和消失的，所有可能的方式叠加构建而成。
再从另一个角度来看，如果宇宙真的存在“空无一物”（即没有物质）之处，那么此处也应该不存在物理定律才对——但我们知道，物理定律在宇宙中是普适的，即无处不在的。
因此可以说，有物质才有空间——物质变化的呈现就是空间。
时间与空间

如前文所述，时间与空都是源于物质的变化，于是时间与空间，就（通过物质变化）一起构成了——紧密联系不可分割的时空，并且时空与物质，就像是一个统一的整体，是一个共同的本质，所呈现的不同表象。

时空区域——是在一段时间内的空间区域，它拥有这段时间内空间区域中，所有发生事件的记录，即所有物质变化的记录。

例如，在宇宙大爆炸的奇点，物质还没有开始变化，所以时间与空间都是不存在的，同时一切物理定律也是不存在的，因为物理定律，就是描述物质变化的规律。
既然如此，那么物质变化所产生的相互作用，以及所形成的特性，也就会体现在时间与空间所构成的时空之上。
所以，如果物质可以弯曲，那么时空也就可以弯曲——换言之，时空是一个弹性介质，而不是一个固定不变的刚性介质。
物理学巨匠——爱因斯坦（Albert Einstein），在广义相对论中，认为：质量会让时空弯曲，如果时空弯曲，光的路径就会弯曲，因此光就会弯曲。
于是，光在通过强引力场附近时会发生弯曲，这就是广相的重要预言之一，而光路径的“弯曲效应”早已经被实验所证实。
例如，遥远恒星的光线，经过太阳时会产生偏折。
在此需要注意的是，从广相的视角来看，时空弯曲产生了“引力效应”，同时改变了光的路径，所以并不是引力的吸引让光弯曲，并且光没有质量，这意味着光本身不会弯曲（影响）时空，但仍然会受到（其它质量）弯曲时空的影响。
例如，通过实际观测，发现光路径弯曲的角度，与广相的计算结果一致，而广相认为没有引力，只有时空弯曲——事实上，如果用狭相把光子的能量等效成质量，再用万有引力计算，那么光的弯曲角度，只有广相计算的一半，即：（万有引力 + 狭相）产生的弯曲角度 * 2 = 广相弯曲角度。

预测恒星周围的光线弯曲，广义相对论比万有引力的预测增加一倍，公式计算参看维基百科：时空的空间曲率。

由此可见，物质变化——就是时空、质量与能量，三者的联动变化，即：
质量弯曲时空，时空指引运动，运动产生能量，能量改变质量。
然而，如果时间与空间是一个时空整体，那么我们就可以说，空间结构与时间结构是存在映射关系的，即：空间形状一定对应了一种时间形状。
那么，时空弯曲就对应了空间弯曲与时间弯曲，其中空间弯曲就是空间结构具有曲率，但对于时间弯曲，具体是什么意思呢？
意思就是说，时间在不同的空间位置上有不同的流逝速度，即：时间的流逝速度，对应了空间结构的曲率——如下图所示，每一个空间位置都对应一个时钟，每一个时钟都有不同的时间速度，其速度取决于空间曲率。



图片来自维基百科（Spacetime#Curvature_of_space）

而时空曲率，就代表（量化）了时间弯曲与空间弯曲——前者是时间结构，后者是空间结构，两者一一对应。

时空曲率——意味着几何结构无法在二维平面展开，如球面、马鞍等，而像圆柱则可以在二维平面展开。

于是，更进一步，那些奇异的空间结构（形状）——如乌比斯环（带）、克莱因瓶这种回环递归结构，也就存在对应的时间结构，即：时间的回路循环结构，也就是穿越时间的旅行。
有趣的是，数学家、逻辑学家——库尔特·哥德尔（Kurt Gödel），从（广相）引力场方程中，解出了一个时空循环的宇宙，即：宇宙中存在一种世界线是“封闭”的自我循环结构，这被称为——封闭式类时间曲线（Closed Time Like Curves, CTCs），并且根据哥德尔的计算，这类宇宙的尺寸应该是极大的——可能达到数十亿光年。
而这种宇宙，没有入口也没有出口，从起点可以回到终点——这不仅说明，宇宙将会周而复始的循环，还隐含着穿越时间回到过去的可能。

为了庆祝爱因斯坦70岁的生日，哥德尔送给他一个令人惊讶的计算结果，作为礼物，即：引力场方程中——存在时空循环的宇宙。

最后，从某种角度来看，距离即是时间，因为需要“物质变化”才能穿越距离，而距离又是空间的属性，所以——空间就是一种时间。
据此，联想到编程领域，常用的优化技巧，就是空间换时间，即：存储计算结果（增加空间）可以节省计算过程（减少时间）——反之更少空间就要更多时间。
例如，程序的运行时间少就要内存空间多，压缩包的存储空间少就要解压时间多，反之亦然。
其实人生也是，可支配的空间（包括物质与精神），需要用可支配的时间来换取，所以你的时间越多，你的空间就越少（包括物质与精神）；同理利用更小的空间，就要花费更多的时间来设计，相反更大的空间则可以花费更少的时间来安排；那么想要增加生命时间，就要减少磨损空间（或说熵增空间），想要增加快乐时间，就要减少脑补空间（或说瞎想空间）。
可见，在某些情况下，时间与空间是互为此消彼长的“反义词”（即对立互斥的关系）。
四维时空

在狭义相对论中，宇宙模型是一个四维时空，即：三维空间加上一个一维时间。在此我们可看到，空间有三个自由度，而时间只有一个自由度。
而爱因斯坦思维的飞跃性，就在于：他认为在四维时空里，宇宙的一切事物都以一个固定的速度在运动，即光速。因此，他把这个想法称之为——“光速不变性”，即反映光速不变的特性。

爱因斯坦曾今，一度想把相对论命名为——“不变论”。

对此，格林在《宇宙的结构》中，指出：
“爱因斯坦从牛顿理论的缺陷顺藤摸瓜，发现了光的对称性，将光速提升到了不可侵犯的大自然定律层次，宣称其并不受运动的影响……”
那么，要理解四维时空的光速不变性，就要从时间与空间两个角度分别来看，然后再合起来看两者的关联，最后才能感知光速不变性的意义。
首先，看空间。
在空间中有速度，并且任何一个方向上的速度，都可以分解成三个空间维度上的分速度。也就说，在空间里，速度可以在三个维度之间分解与合成，不同的形式是等价的。
例如，在三维空间中，任意方向的速度，都可以分解成，XYZ轴方向的三个速度，而空间速度的意义，其实就是在三个轴上的运动快慢。
其次，看时间。
那么，在时间维度中有速度吗？
显然是有的，这就是时间流逝的快慢，它对应了空间里运动的快慢，即：流逝快慢对应运动快慢。
而两者的不同之处，就在于空间速度有三个维度，时间速度只有一个维度。
然后，看时空。
既然时空是一个整体，且三维中的速度可以分解与合成，而时间维度也有一个速度，那么在四维时空里，空间速度与时间速度，可以相互分解与合成吗？
爱因斯坦认为，是可以的，并且在四维时空里，合速度的上限，就是光速——而这就是光速在四维时空里的不变性，这也就是说：

• 如果物体在空间中是相对静止，那么它的空间速度就是0，时间速度就是光速；
  
• 如果物体的空间速度越来越快，那么它的时间速度就会越来越慢，但合速度始终保持是光速；
  
• 如果物体的空间速度抵达光速，那么它的时间速度就是0。
  

对此，著名物理学家——乔治·伽莫夫（George Gamow），在《从一到无穷大》中，给出过一个通俗简洁的视角：
“四维几何必然会出现的结果：空间和时间，只是恒定不变的四维距离在其对应轴上的投影。”

对于“四维时空不变性”的生动阐释，可以参看布赖恩·格林（Brian Greene）的《宇宙的琴弦》。

而由此得出的，就是狭相的结论，即：

• 如果相对速度越快（即空间速度越快），那么相对时间越慢（即时间速度越慢）；
  
• 如果相对速度最快（即空间速度为光速），那么相对时间静止（即时间速度为0）；
  
• 如果相对速度静止（即空间速度为0），那么相对时间最快（即时间速度为光速）。
  

例如，光子就是空间速度为光速，时间速度为0；相对静止的物体，就是空间速度为0，时间速度为光速。
可见，这个模型建立的前提，就是光速是速度的极限。
接着，理解时间速度。
由前文可知，四维时空的速度是个常数，即：光速 = 空间速度 + 时间速度，那么这个时间速度应该如何理解呢？
类比来看，空间速度 = 位移变化 / 时间变化，则时间速度 = 自身时间变化 / 观察者时间变化。
也就是说，时间速度代表着，物体自己的时钟变化（动钟时间变化）与相对观察者静止的时钟变化（静钟时间变化）之间的数值比例。
事实上，时间速度为0，很好理解，就是时间不再变化，结合前文论述，也就是物质不再变化，但时间速度为光速是什么意思呢？
由公式可见，当空间速度是0时，时间速度 = 光速 = 动钟时间变化 / 静钟时间变化——这也可以理解成，物体的动钟时间变化是静钟时间变化的光速倍。
那么，如何才能让物体的动钟时间变化，出现光速倍的变化呢？
从变化角度来看，如果物质变化是0，即：物体的“时间速度是0、空间速度是光速”；相反，如果物体的“时间速度是光速、空间速度是0”，即：物质变化是光速。
那么，物质变化是光速，是什么意思呢？
这可以理解为，物质存在一个变化，其变化量是光速的数值——我们看到物质辐射出光子（如热辐射），就会在出现“空间速度从0到光速”且“时间速度从光速到0”的变化量。
因为，物质减少的质量（即物质粒子）转化成了能量（即光子），于是质量的空间速度——就会从0变成光子（空间速度）的光速，而质量的时间速度——就会从光速变成光子（时间速度）的0。
在此别忘了，光子相对任何速度都是光速，所以物质辐射光子的速度变化，是其它速度变化的光速倍，以此为时间标度，就实现了物质变化是光速，也就是时间速度为光速。
所以，如果物体的空间速度是0，则其质量（物质粒子）可以变成光子，即时间速度是光速；如果物质的空间速度是光速，则其质量（物质粒子）已经变成光子，即时间速度是0。
需要指出的是，热辐射虽然会辐射光子，但通常物质的质量改变极小（因为m = E / c^2，可以忽略不计）——如果是衰变、裂变、聚变产生的热辐射，就会明显减少质量，如太阳辐射——不过，不论质量改变多少，热辐射都在物质内部，产生了光速变化，即：能量以非光速（质量的动能）变成光速（光子的动能）。
而如果，物体的空间速度在“0到光速”之间，以静系的观察者来看，物体动系的动钟变慢（即动钟时间变化变小），所以物体的时间速度会下降（动钟时间变化 / 静钟时间变化），即时间速度在“光速与0”之间。
换个角度来理解，相对速度具有相对能量，以静系来看，物体的相对能量来自其光子能量的转移，这相当于降低了光子的产生，所以物体的时间速度会下降。
但需要注意的是，时间速度与空间速度都是相对的，两者之和具有绝对性，因此当时间速度或空间速度为光速时的变化，才具有绝对性，这即是“质量与光子”之间的转化——别忘了，质量对应着绝对的时空曲率或加速度。
最后，看时空变化。
我们发现物质变化，其实就是“质量到光子”即“质量到能量”的转化，而光子没有质量，只有能量，且时间静止，这说明了——质量拥有时间，能量没有时间，质量（物质粒子）到能量（光子）的转化，即是时间的方向。
场与以太

曾经，人们认为宇宙空间中，充满了一种看不见摸不着的空间介质，称之为“以太”（Aether或Ether）。
后来，爱因斯坦在狭义相对论中，否定了以太的存在，当然科学实验也一直未能找到以太存在的证据。
再后来，爱因斯坦的广义相对论不断地被验证正确，可以解释越来越多的实验现象，此时爱因斯坦坦言：广义相对论更像是一种场论。
而与此同时，量子场论在微观，已经逐渐构建出了自己的各种场，并试图兼容引力场，形成一个可以解释万物的——大统一理论（Grand Unified Theories，GUTs），但目前量子场论兼容引力场仍未有结果。

量子场论——是狭义相对论（质能转化）、量子力学（概率和不确定性）、以及经典场论（相互作用的场模型），三者相结合的产物，又称相对论量子场论。

事实上，关于量子力学中的场——理论上它是充满了整个宇宙的量，可以用数学上的一个函数描述——可见它并不是时空，而是定义在时空上的函数。
对应到现实，场有不可观测的时候，但由于量子涨落，它又会出现可以观测的时候，即通过相互作用来呈现。所以，场充满了宇宙，其实是充满了，可观测和不可观测状态的叠加状态，并会随机的展现出一个状态。

量子涨落——是指在空间任意位置，能量的暂时变化，也称量子真空涨落；从海森堡的不确定性原理，可以推导出这个结论；具体表现为，瞬间涨落得到的能量，将通过质能方程转化为，瞬时的粒子和反粒子对，然后它们很快湮灭，结果能量在平均意义上仍然没有改变。

可在此，我们发现场与以太，两者模型中所描述的——都是空间中充满一种“不可见”的物质。只不过以太受制于时代的局限性——认为这种不可见物质是实粒子，而在场中——这种不可见的物质被证明是虚粒子。
那么，我们是否可以认为，物质所形成的时空模型，必然是充满了“物质”的——就是质量与能量处在可观测与不可观测的混合随机态，而场就是一种“虚以太”所形成的“浓汤”。
由此可见，光的传播必然是在场中的（因为光在宇宙中），而场就是光的“介质”，因此光速就是相对于场（电磁场相对于某个“宇宙场”），而不是相对于光源的，所以光速相对于光源运动，具有不变性。
最后，在弦理论领域，就有这样一句名言——“Nothing is Something!”
结语

或许，我们永远也无法拥有，任意操控时间与空间的能力，但深刻地理解时间与空间，会使用我们拥有洞见自己与生活的力量。
显然，在所有可能的层面上——体验生活、感知宇宙，要比仅仅停留在符合人类感知能力的层面上，更加能够——感悟自己、洞察世界。
而我们对时间与空间本质的理解，不仅是人类智能的证明与追逐，也最终会令我们了解——宇宙对人类感知范围的限定，并从中看清人类自身的局限与无限。
那么，一个人对时间的独特理解，就代表着一个人与宇宙之间的独特连接。
后记1：为什么光子没有静质量

静质量（Rest Mass）——也可以译作剩余质量，又称不变质量（Invariant Mass），它通常是指物体静止时，所拥有的质量，属于物体内在的属性，不随参考系变化，在性质上与惯性质量一致。
首先，从理论上来说，光子没有静质量是一个假设，并且很多其它物理理论依赖于它。
事实上，假设是可以修改的，如果非要假设光子有静质量也行，只不过受其影响的理论都要做出相应的修订。而这些理论，目前在光子没有静质量的假设之上工作的很好，也得到了大量实验的验证。
那么，为什么最开始会假设光子没有静质量呢？这是源于狭义相对论的推理，可以从两个方面来说：
第一，狭义相对论假设光速不变原理，也就是说，光子在任意惯性系中都是光速运动，且不存在光速参考系的存在。
因此，光子就不存在静止参考系（Rest Frame），即：不存在光子在其中静止的参考系。所以，光子就不会静止，进而假设光子没有静质量（Rest Mass），就是一种比较自然的选择。
而静质量对应到现实，就在于运动是相对的，那么运动产生的动质量就是随参考系变化的，于是不随参考系变化的，自然就是静质量了。

相对论能量的公式是：E = mγc^2 - mc^2 =  mc^2(γ - 1)，m是静质量，γ是洛伦兹因子；在v << c时，E = mv^2 / 2（泰勒级数近似）——注意如果写成E = mc^2，E就是静能，不是相对论动能，即：相对论能量 = 静能 + 动能。

动能等价的动质量是：m1 = E / c^2 = mγ - m = m(γ - 1)，E是相对论能量，m是静质量，m1是动质量，速度不为0，γ大于1。

所以，相对论质量 = 不变质量（不依赖参考系）+ 变动质量（依赖参考系），即：相对论质量 = 静质量 + 动质量。

mγ（相对论质量）= m（静质量）+ E / c^2（动质量），E是相对论能量，m是静质量质量，γ是洛伦兹因子。

第二，狭义相对论的质能方程指出：E^2 = m^2c^4 + p^2c^2（m是静质量，p是动量）——如果光速常数c取值为1，则E^2 = m^2 + p^2。
也就是说，总能量 = 势能 + 动能，也可以说，总能量 = 静能 + 动能，其中势能对应——静能与静质量，动能对应——动质量。

• 如果动能为0，总能量等于静能，E = mc^2。
  
• 如果静能为0，总能量等于动能，E = pc。
  

无质量光子的动量：p = h / λ = hv / c，h是普朗克常数，λ是波长，v是频率。

具体来说，势能 = 宏观势能 + 微观势能，微观势能 = 内能 = 场能 = 静能 = 原子能 + 自由能，自由能 = 电磁能 + 引力能，其中：

• 内能是从宏观看，属于物质内部的相互作用；
  
• 场能是从微观看，属于物质与场的相互作用；
  
• 静能就是静质量，自由能贡献极少的静质量；
  
• 宏观势能来自于，自由能转化动能后的势能。
  

显然，如果微观光子静质量为0，那么上述方程得到：E = pc，而在经典电动力学中，宏观光的能量和动量刚好满足：E = pc，于是这样假设刚好就统一了光在宏观与微观的方程。
其次，我们从实验角度来看，并没有证据表明，光子的静质量为0。
实验原理是，如果光子有静质量，静磁场的行为会有所变化，那么通过测量星球的磁场，就可以推算出光子静止质量的上限。
目前的实验结果是，光子的静质量上限在10^-50kg到10^-63kg之间，要知道已知最轻的有静质量的粒子——中微子，其质量是10^-37kg，光子比中微子要轻几十个数量级。

光子质量的实验上限是（维基百科）：10^-14eV到10^-27eV之间（1eV = 10^-36kg）即：10^-50kg到10^-63kg之间。

那么可以想象，光子的静质量如果存在，是该有多么多么的渺小，以至于我们甚至都会怀疑——我们的实验精度，是否真的能够计算出光子的静质量。
另外，实验给出的是——光子静质量的上限（即不会超过的数值），而没有给出下限（即不会低于的数值）——换言之，光子静质量的下限就是不确定的——可能等于0。
事实上，如果光子有静质量，那么光速就不是c，而c就是一个自然常数，并仍然是理论上速度的上限，只不过光子的光速无法抵达c。
最后，综上可见，虽然光子没有静质量是一个假设，但在目前人类知识的范围内，是极其确定的一个结论。
后记2：光子与静频率

首先，质能方程（E = mc^2）给出了静质量（m）对应的静能量（E），光子是没有这个静能量的，因为光子没有静质量，只有动质量。
换个角度理解，静能量是粒子在静止坐标系中的能量，而光速没有静止参考系，所以光子没有静能量。
其次，光子是有能量的，由普朗克公式（E = hv）得出，这里的能量（E）不是静质量，v是光子的频率。
然后，我们会发现这两个公式，都有一个能量E，如果是同一个类型的E，就可以形成一个新的等式，即：mc^2 = hv。
我们知道，普朗克公式中的能量E，并没有限定是什么类型的能量，所以若要新等式成立，就要限定普朗克公式中的能量为静能量。
那么，如果E = hv中的E是静能量，频率v会变成什么呢？
试想，原公式中，频率v是运动，其带来了能量，而静能量对应的是静质量，静质量代表的是“不运动”，因此我们可以把静能量对应的频率v，称之为——“静频率”，它代表着静止的周期，即“不运动”的周期——理论上，称为“康普顿频率”（Compton Frequency）。
事实上，“不运动”会产生运动的趋势，即势能，这就是静质量的微观来源，于是静频率带来对应静质量的静能量，就是一个很“合理”的假设。
接着，新等式就可以推出一个新公式，即：v = m * (c^2 / h)，其中c和h都是常数，所以（c^2 / h）就可以看成是一个系数，于是静频率和静质量，就是成正比的，即：静质量越大，其静止的周期越多，静质量越小，其静止的周期越少。
而这个静频率，可以看出它反比于时间“嘀嗒”的周期，即：反比于时间流逝的速度。也就是说，静止的周期越多，时间“嘀嗒”的越少，时间流逝的就越慢，反之静止的周期越少，时间“嘀嗒”的越多，时间流逝的就越快。
这对应了，广义相对论中的绝对时间膨胀，即：静质量越大，静频率越高，时间越慢。
最后，我们可以看到，光子没有静质量，也就没有静能量，所以没有静频率，所以光子没有静止的周期，即：没有时间的流逝，也就没有时间，或说时间静止。
由此洞见，当静质量（物质粒子）全部转化为能量（光子），时间就不再流逝，而没有时间就没有办法度量距离，因为距离依赖时间才能测量，那么没有距离的宇宙，就如同一个质点（所有全同光子可视为一个），这就为一个“新宇宙”的诞生，做好了准备。
后记3：光与测地线

光在弯曲的时空中，沿着最短路径的测地线运动，就是沿着时间流逝最快的方向传播，因为测地线是在流形上加速度为0的曲线，任何偏离都会有加速度，从而降低时间流逝的速度。
显然，光不能有加速度，所以光不能偏离测地线，但其它有质量物体可以，并且加速度越大，偏离就越大，时间流逝就越慢。
那么，在测地线上时间流逝最快，则意味着时间流逝量最多——因此，虽然测地线是空间中两点的最短路径，但却是时空中世界线最长、固有时最大的路径，即：有质量物体衰老最快的路径。

世界线——是指物体的时空运动轨迹，其几何长度与坐标系选取无关，是一个坐标系不变量，由光速路径减去空间路径计算，所以空间路径越长，世界线就越短。

固有时（Proper Time）——是指固有的时长，代表着静系时间的流逝，也就是时钟自身坐标系（即静系）下时间的读数，它是一个坐标系不变量，也就是在任何运动坐标系（即动系）下都一样，其数值对应了世界线的长度，即：固有时 = 光速路径 - 坐标时路径。

坐标时——就是随着坐标系变化的时长，代表着动系时间的流逝，它是一个相对变化量，与固有时的关系是，坐标时路径（动系） = 固有时路径（静系） * 洛伦兹因子（大于等于1），即：静止时（洛伦兹因子等于1）坐标时等于固有时，速度越快（洛伦兹因子越大）坐标时路径越长，也就是坐标时越小（坐标时 = 光速路径 - 坐标时路径），从而体现出相对的钟慢效应。

由公式来看，世界线 = 固有时 = 光速路径 - 空间路径——光在测地线的空间路径就是光速路径——所以，光的世界线与固有时是0，所以其路径又称为“零测地线”或“类光测地线”。
而有质量物体的测地线，则又称为“类时测地线”，另外在光锥之外，即连光都无法抵达的，没有因果关系的曲线路径，被称为“类空路径”，其长度称为“固有距离”（Proper Length）。
那么，光本身没有时间流逝，所以它在测地线上时间流逝最快，这则意味着——是有物质从“非光形式”变成了“光形式”，即：从“有时间”（有质量）变成了“无时间”（无质量）。
或说，是有质量（物质粒子）转化成了能量（光子），即：质的量（物质粒子的量）转化成了能的量（光子的量）。
可见，光的出生点就在测地线上，并且光的世界是没有弯曲的“平直世界”，而测地线也就是“平直世界”与“弯曲世界”的交界线。
由此也能得出，最短时间原理（又称“费马原理”）的一种宏观解释（非路径积分的量子解释），即：光的传播路径必须是“最短时间”的路径，否则就需要有额外的能量去产生加速度——但光就是能量，其本身没有质量再去转化为能量。
而这似乎也可以看成是，奥卡姆剃刀原理（Occam&#39;s Razor）与最小作用量原理（Least Action Principle）的底层动力学来源。
后记4：宇宙循环与时间对称

从某种角度看，质量衰变，就是时间单一方向的驱动力，而质量是不对称性的产物，同时质量衰变也是不对称性的产物，但这是两种不同机制的不对称性，即：
前者是从对称到不对称（即质量产生）依赖——自发对称性破缺（Spontaneous Symmetry Breaking），后者是从不对称到对称（质量消失）依赖——宇称不守恒。

宇称——是一种空间变换性质，可简单理解为“左右对称”或“镜像对称”。
宇称不守恒——是指在弱相互作用中，互为镜像的物质的运动不对称。
宇称守恒——是指在任何情况下，任何粒子的镜象与该粒子除自旋方向外，具有完全相同的性质。

可见，如果说宇宙是“对称与不对称”的循环，那么在循环的局部进程中（即质量的产生或消失），宇宙具有时间的方向（即存在时间），但从整体循环来看，宇宙并没有时间的方向（即没有时间）——因为循环具有对称性，也就具有不变性，即：循环没有变化来计量时间。
而物理规律在整个宇宙循环中，都是保持一致的，所以物理规律都是时间对称的，也就是没有时间的——事实上，物理规律的时间平移对称性，就是能量守恒，即总能量固定不变。
由此来看，我们的世界及时间，仅仅只是“能量涨落”的产物，在涨落的规律与本质上，没有时间只有循环。
后记5：熵、信息、时间

在宏观，熵增的方向即是时间的方向，即：熵增时间流逝、熵减时间倒流、熵不变时间静止——而熵增即是不确定性增加变得无序，同时信息可以消除不确定性变得有序。
可见，对一个孤立系统（Isolated System）来说，熵值与信息成反比，即：熵增信息减少，熵减信息增加——因此，信息与时间成正比，即：信息减少（结构无序）时间减少，信息增加（结构有序）时间增加。
所以，信息存储了时间，也就是有序存储了时间，而有序结构是质量（有信息、有势能），无序运动是能量（无信息、有动能）。
有趣是，光是能量传递了信息，但其本身没有时间与质量，也就没有信息——所以光传递的信息，其实是有质量物质的信息，其反映了它们的结构。
在微观，熵值可以随机增减（粒子的运动是极其随机无序的），此时“熵”无法确定单一方向的时间，所以信息也会随机增减——事实上，热力学熵是信息熵的子集，两者具有映射关系。

兰道尔原则（Landauer&#39;s Principle）——是指改变信息熵会改变热力学熵，定量来说，是改变1比特的信息熵会改变k * In2的热力学熵（k是玻尔兹曼常数），或说改变1比特的信息最少需要kT * In2的能量（T是温度）。

值得指出的是，在宏观时间的测量，通常依赖位置信息的变化——如指针的位置、钟摆的位置、地球的位置（即太阳在天空的位置）、月亮的位置等等——但在微观，尤其是在量子尺度上，位置信息则是随机无序的，可谓是疯狂波澜的混乱，所以量子时空（粒子之间），并没有一个宏观意义上的时间计时器。
然而，质量衰变（射线从物质中自发又不可预测地产生），在微观仍具有单一的方向，可用来确定时间的方向——此时“熵”聚焦于，原子结构内部的相对运动，而不是原子分子的随机运动，这样“熵”就又有了方向。
那么，最微观的结构变化，即是基本粒子的变化，可由量子态描述，但其质量由希格斯场提供，是否可以衰变取决于宇宙演化的进程——如时空膨胀则低温破缺，而时空收缩则高温对称。
所以，在最微观处“熵、信息、时间”是固定的，其演化取决于最宏观的宇宙。
可见，最宏观与最微观、最大与最小是连接在一起的，而在这个连接之中的万物一切，都被压缩到了两个字之中，即：演化……
后记6：方程、概率与时间

经典物理学基于——牛顿方程（描述宏观低速小质量），电磁学基于——麦克斯韦方程（描述宏观高速无质量），狭义与广义相对论基于——爱因斯坦方程（描述微观高速小质量或无质量、与宏观低速大质量），量子力学基于——薛定谔方程（描述微观高速小质量或无质量）。
以上这些方程，都有一个共性，即都没有时间之箭的方向——也就是说，在方程中无法区分过去与未来，或说过去与未来是完全对称的，可以被同等对待。
换言之，在上述方程中，过去与未来可以互换，因为它们都是方程同等有效的解，所以我们有没办法可以区分——“谁是过去谁是未来”，那么对于方程所描述的演化过程，就既可以说——“开始于彼而结束于此”，也可以说——“开始于此而结束于彼”。
可见，描述宏观与微观的方程，都不包含时间之箭，也就是没有时间的流动与方向。
但在现实中，如前文所述，时间显然“真实定量”的存在——如果时间只是“幻觉”，那么万物将都不会磨损与衰老，或可以逆转磨损与衰老——可为什么，在描述现实的方程中却没有时间之箭呢？
答案就在于——概率，它让方程的演化不可逆，即：概率阻止了可逆性，产生了不可逆的不对称性，从而确定了时间的方向，即时间上的不对称性。
例如，在方程中，如果从A状态演化到B状态是确定的，那么就可以完美地从B状态逆转到A状态——可是，如果从A状态演化到B状态不是确定的，而是一个不确定的概率，那么自然从B状态就不能确定地回到A状态。
巧合的是，在量子力学的世界，充满了不确定的概率——它通过观测，在微观与宏观的结合点，建立起不可逆的演化过程，从而将时间之箭引入了物理现实——其宏观表现就是，概率所主导的熵增演化。
而我们知道，观测的本质——是在相互作用下建立起“信息通路”，这也是演化过程的底层运作——相互作用与信息传递。
因此可以说，时间——不存在于演化方程中，但存在于演化过程之中。
后记7：非线性的时间

从变化角度来看，非线性的变化，带来了非线性的时间——这意味着，时间不是每秒均匀地流逝，而是时快时慢、走走停停，甚至还可能进一退三。
就像我们的身体，并不是每秒均匀地衰老，而是在不同的年龄阶段，有着非线性的衰老速度——类似于，大多数时间不怎么衰老，然后在某几个关键年龄节点，突然迅速地衰老很多。
显然，我们的身体可以通过生化机制，在相当长的时间内，维持一个稳定状态不变，于是这段时间内，我们不会比前一秒、前一天、前一周、前一年更加衰老——这意味着我们生命，常常处于几乎没有时间流逝的平衡状态。
更甚至，如果我们去运动健身，刚刚结束的时候，我们的身体处于受损状态，这必然带来了加速衰老的变化，但通过休息时，身体过度补偿机制的超量恢复——不仅会抵消衰老，还会变得更加年轻，这相当于回拨了我们的“生命时钟”。
再回到生命之初，从刚刚出生到发育成熟的这段时间，我们不仅没有衰老，反而还在成长，这相当于在积累生命时长，即：发育得好就会获得更多的生命时间。
事实上，一个孤立系统只能随着熵增，而不断时间流逝——这样的系统，其实并不存在“现在”，因为它的时间一刻不停地在“嘀嗒”，所以它只有刚刚过去的“过去”，与即将到来的“未来”。
但一个开放系统可以随着能量输入，而熵不变或熵减，即暂停或逆转时间流逝——对于生命系统而言，就是“冻龄”或“返老还童”——而这就可以拥有“现在”或“过去”，即在个体时间意义上“活在当下”或“重复过去”。
例如，对任何东西的修复修补，或替换其组成部分，都可以使它维持不变或变得更“年轻”，这相当于是用能量换取了时间，并且耗费的能量越多逆转的时间就越多。
可见，除了有微观的时间，还有宏观的时间，这是两种不同层面的时间，也是两种不同层面的变化，甚至每个层级与尺度，都有自己独特的变化与时间，而复杂系统几乎都是非线性的变化，即拥有非线性的时间。
后记8：无时无空

时间是具体的还是抽象的？空间是具体的还是抽象的？时空是具体的还是抽象的？
格林在《宇宙的结构》中，指出：
“越来越多的线索，都指向同一个结论：时空的形式只是一个无关紧要的细节，在不同的物理理论体系下，时空的形式会发生改变，而不是真实性的一个基本元素。”
原因就在于：
“某种没考虑引力的量子理论，其实是另一种包括了引力，且多一个空间维度的量子理论的翻译，而且两者无法区分。……全息原理也提供了一条，时空不具有基本性的线索，除了时空的尺寸和形状，可以在不同的理论之间来回翻译，空间维度的数目，也可以在完全等价的不同理论之间改变。”
“对于任何一位，运用某种理论来思考宇宙的观测者来说，时空看起来都是那么真实且不可或缺。而一旦这位观测者将其理论体系变变样子，用一个等价的翻译版再去分析，就会发现先前的真实与不可或缺已不再成立。因而，如果这些想法是正确的——我必须强调它们已被严格证明——那空间和时间的地位就会被强烈动摇。”
那么，从弦理论角度来看时空结构，格林认为：
“或许时空就是由弦编织起来的，就像衬衫是由线编织起来的那样。这就好比将大量的线，按照一定的模式连接起来，就产生了衬衫的结构，或许将大量的弦，按照一定的模式连接起来，就产生了我们通常称之为时空结构的东西。……物质，则可归结为振动的弦的再次聚合，而物质还将在时空的弦，织成的框架中移动。……若时空之布，是由弦有序编织起来的话，就根本没有空间，也没有时间。空间和时间的概念根本就没有意义，除非数不胜数的弦，交织起来编成时空。”
而由前文论述可见，时间与空间并不独立于物质，而是依附于物质变化，这个变化来源于更基本实体的集群演化，即：时空结构是更基本结构的集群效应。
更激进地说，宇宙最基本结构就是——量子比特，它从无物无质中构建了物质，从无时无空中构建了时空。
那么，宇宙从超微观尺度到超宏观尺度的膨胀，则会将其极微小结构的痕迹与特征，放大刻画到极宏大时空之上，而未来通过复杂精密的天文学观测，或许就可以识别并彰显出——量子比特的存在与影响。
尽管，时间与空间天衣无缝地将自己的基本组成，隐藏于其无处不在的基本存在之下，但这并不能阻止我们，对时空本质奥秘的追问与探求，直到无时无空之境，也定然会存在一个可理解的基本单元。
或许，我们对时空的理解，也是时空的一部分。
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