13.时间的来源

时间的秩序  作者:卡洛·罗韦利

也许上帝为我们准备了

很多季节

也许最后一个

就是今年冬天

引导第勒尼安的海浪

冲击浮岩的绝壁

你必须睿智,倒掉杯中酒

在这短暂的生命中

装入珍视良久的希望


我们启程的时候,时间的形象还是我们熟悉的样子:在整个宇宙中均匀统一地流逝,一切都在这个过程中发生。在我们的观念中,整个宇宙都存在一个当下,一个“现在”,它构成了现实。对每个人来说,过去是固定的,已经过去,已经发生了。未来是开放的,还未确定。现实从过去流到现在,流向未来——在过去与未来之间,事物的演化本质上是不对称的。我们认为,世界的基本结构就是这样。

这幅熟悉的图景已经土崩瓦解,证明它只是一个更为复杂的现实的近似物。

整个宇宙中一个共同的当下并不存在(第3章)。事件并不按照过去、现在、未来的顺序排列;它们只是“部分”有序。在我们附近有个当下,但在遥远的星系中并没有什么“当下”。当下只是局部现象,并非整体现象。

掌管事件的基本方程中,过去与未来之间的分别并不存在(第2章)。这点源自这样一个事实:在过去,由于我们模糊地看待事物,世界所属的状态在我们看来很特殊。

在局部,根据我们的位置以及运动的速度,时间以不同速度流逝。我们离物体越近(第1章),或者运动得越快(第3章),时间延缓就越多。两个事件之间没有唯一的时间间隔,而是存在许多可能的时间间隔。

时间流动的节奏由引力场决定,这种真实实体有自己的动力学,由爱因斯坦的方程描述。如果忽略量子效应,时间与空间就是我们置身其中的巨大胶状物的某些方面(第4 章)。

但世界是量子的,胶状时空也只是个近似物。在世界的基本结构中,既没有空间,也没有时间——只存在把一个物理量转化为另一个物理量的过程,由此,我们可以计算概率与关系(第5章)。

在目前已知的最基本层面,几乎没有什么与我们所经验的时间相似。不存在一个特殊的“时间”变量,过去与未来之间没有差别,不存在时空(第二部分)。我们仍然知道怎样写出描述世界的方程。在那些方程中,变量相对于彼此演化(第8章)。这个世界不是“静止的”,也不是一个一切变化都是假象的“块状宇宙”(第7章)。恰恰相反,我们的宇宙是事件的世界,而非物体的世界(第6 章)。

这是此段旅程的去程,驶向一个没有时间的宇宙。

回程是一种尝试,试图搞清楚我们的时间感知是如何从这个没有时间的世界中出现的(第9章)。令人惊讶的地方在于,在时间令人熟悉的方面出现上,我们也扮演了重要角色。从我们的视角——构成这个世界一小部分的生物的视角,我们看到世界在时间中流动。我们与世界之间的相互作用是不完全的,因此我们用模糊的方式看待世界。量子不确定性也加重了这种模糊。来源于此的无知决定了一个特殊变量的存在——热力学时间(第9章),也确定了量化我们不确定性的熵的存在。

也许我们属于世界的一个特殊子集,与世界其他部分相互作用的方式导致了热力学时间在一个方向上熵比较低。因此时间的方向性是真实的,但与视角有关(第10章):世界相对于我们的熵随热力学时间而增加。我们发现事物在这个变量里按顺序出现,我们称之为“时间”,熵的增加为我们把过去与未来区分开,导致了宇宙的演变。它决定了痕迹的存在,过去的残余与记忆的存在(第11章)。我们人类就是宏大熵增历史的结果,由这些痕迹产生的记忆聚集到一起。我们每个人都是统一的存在,因为我们反映着世界,因为通过与同类接触,我们形成了统一实体的形象,也因为它是一种由记忆统一的关于世界的视角(第12章)。我们所谓的时间“流动”就源于此,当我们听到时间流逝时,听到的就是这个。

“时间”变量是描述世界的变量之一,是引力场变量中的一个(第4章)。在我们的尺度上,无法记录量子涨落(第5章),因此我们可以认为时空是确定的,就像爱因斯坦的大型软体动物;在我们的尺度,软体动物的运动很微小,可以忽略,因此我们可以把时空看成像桌子一样的刚性存在。这个桌子具有维度,有我们称为空间的维度,也有我们称为时间的熵会增加的维度。在日常生活中,我们相对于光速以低速运动,因此感觉不到不同时钟的不同固有时之间的差别,离物体远近造成的时间流逝快慢的区别对我们而言太小了,也无法区分。

因此,在许多我们可以谈论的时间里,最终只能谈论一个——我们经验的时间:均匀、统一、有序。这是作为人类从我们的特殊视角对世界做出的近似、近似再近似的描述,我们人类依赖于熵的增加,被固定于时间之流。我们就如《圣经·传道书》所言,生有时,死有时。

这就是我们的时间:具有多种独特属性的多层次复杂概念。而这些属性源于各种不同的近似。

许多关于时间概念的讨论都很令人困惑,因为他们没有意识到时间复杂与多层次的一面。他们的错误之处在于,没有看到这些不同的层面是独立的。

这就是经过毕生思考之后,我所理解的时间的物理结构。

这个故事的许多部分是可信的,另一些看起来很合理,还有一些是试图理解整体而做出的大胆猜测。

实际上,书中第一部分叙述的全部内容已被无数实验证实。时间根据高度与速度延缓;当下不存在;时间与引力场之间的关系;不同时间之间的关系是动态的;基本方程无法识别时间的方向;熵与模糊的关系。所有这些都已经被很好地证实。[对于时间的这些方面,一些轻松又丰富的阐述,可参考 C. Callender and R. Edney, Introducing Time, Icon Books, Cambridge, 2001 。]

引力场具有量子特性已经达成共识,虽然目前只有理论上的论证,而没有实验上的证据。

第二部分讨论的,基本方程中不存在时间变量,这点看上去可信,但关于这些方程的形式,仍然存在很激烈的争论。时间的起源与量子非对易直接相关,我们观测到的熵增取决于我们与宇宙的相互作用,这些都是我认为很迷人的观点,但还远未得到证实或被广泛接受。

无论如何,真正令人难以置信的普遍事实是,世界的时间结构不同于我们看到的那幅幼稚图景。这幅幼稚图景适用于我们的日常生活,却不适用于理解世界的精微皱褶或其辽阔。它很有可能甚至不足以帮助理解我们自身的本质,因为时间之谜与我们个人身份之谜、意识之谜交织在一起。

时间之谜一直困扰着我们,激发强烈的情绪,滋养了许多哲学与宗教。

我相信,正如汉斯·赖欣巴哈(Hans Reichenbach)在一本非常清晰易懂的关于时间本质的书——《时间的方向》(The Direction of Time)里所提出的那样,巴门尼德想要否认时间的存在,柏拉图假想出一个存在于时间之外的理念世界,黑格尔谈论的时间里精神超越时间并且充分了解自身,这些全都是为了逃避这个令人焦虑的时间。为了逃避这种焦虑,我们想象出了“永恒”的存在,一个在时间之外的奇怪世界,我们想要和神、和上帝、和不朽的灵魂住在那里。[关于赖欣巴哈的这条评论,有个很有趣的内容。有一篇用分析哲学讨论时间的重要文章,听起来与海德格尔的观点很相近。后续的分歧很明显:赖欣巴哈是在物理学中寻找我们所知的时间,我们是这个世界的一部分;而海德格尔是按照人类的存在经验把自身考虑在内来讨论时间。二者导致的时间图景截然不同,但它们一定不相容吗?它们为什么应该互相矛盾呢?他们探讨了两个不同的问题:一方面,随着我们视野的拓展,目前有效的时间结构已经显得越发陈旧;另一方面,时间结构的基础方面是相对于我们、相对于我们“存在于世界中”的具体感知而言的。——作者注]在建设哲学大教堂方面,我们对时间强烈的情感态度所做出的贡献比逻辑与理性更多。相反的情感态度——敬畏时间,也诞生了很多哲学,比如赫拉克利特(Heraclitus)或柏格森(Bergson),但并没有让我们离理解时间为何物更近一点。

物理学帮助我们穿透层层迷雾,证明了世界的时间结构与我们感知到的有多么不一样。它给予我们希望,让我们能够免于情绪引起的迷雾,去研究时间的本质。

但在寻找时间的途中,我们朝着远离自己的方向进发,最终却发现与我们自己有关的事物。也许就像哥白尼那样,研究天空的运动,最终却搞清了脚下地球的运动。也许最终,时间的情感维度并不是阻碍我们客观地理解时间本质的迷雾。

也许时间的情感正是时间对我们而言的样子。

我认为不需要比这理解得更多了。我们可以问更多问题,但我们要小心那些无法被准确表述的问题。当我们发现了时间能被谈论的所有方面,我们就发现了时间。我们也许表达不出对时间的直接感知,但还是对它笨拙地示意(好吧,但它为何会“流逝”呢?),但我相信,我们现在只是在把事情搞混,执意要把近似的语言转化为事物。当我们无法精准地表述问题时,通常不是由于这个问题十分深奥,而是因为这是一个假问题。

未来我们对事物的理解会更完善吗?我认为会的。在这么多个世纪的历程中,我们对自然的理解已经取得了令人目眩的增长,而我们仍在继续学习。我们正开始瞥见时间的奥秘。我们可以看到没有时间的世界:可以用心灵之眼感知到世界的深刻结构,如我们所知,时间不再存在——就像山上的傻瓜看到日落时发现地球在转动,而我们开始发现我们就是时间。我们就是这个空间,这个在神经元连接里由记忆的痕迹开启的空地。我们是记忆,我们怀旧,我们期许着不会到来的未来。由记忆与预期开启的空地就是时间:有时是痛苦的来源,但终究是一份巨大的礼物。

无穷的混合游戏带来的宝贵奇迹已经为我们开启,让我们得以存在。现在我们可以微笑了。我们可以回去,把自己宁静地浸入时间——浸入我们有限的时光——去品味时光每一次飞逝的强烈震颤和我们短暂存在中的宝贵时刻。

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