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时间何去何从,时间本身或许并不独立存在


时间何去何从

科学家已经提出了大量理论,致力

于调和广义相对论和量子力学的矛盾,其中包括超弦理论

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(superstring theory)、

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因果三角剖分理论(causal triangulation theory)、

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非交换几何学(noncommutative geometry),

等等。这些理论大致可以分为两派。一派物理学家(比如超弦理论学家)认为,量子力学提供了更为坚实的基础,因此他们的出发点是“体格健全”的时间;另外一派物理学家则相信,广义相对论为新理论提供了更好的起点,时间在这里已经降级,因此对于“不存在时间的现实世界”这一概念,他们持有更开放的态度。

当然,两派之间并非泾渭分明。超弦理论学家最近也研究起了无时间理论。不过,为了表达时间提出的基本问题,这一派的主流理论是圈量子引力(looquantum gravity),是由更早之前的正则量子引力(canonical quantum gravity)发展而来的。

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关系构成的世界:时间本身或许并不独立存在,而是作为描述物体之间相互关联的一种方式出现的。这个想法触发了基思·彼得斯的绘画灵感,把一组组线条彼此圈套起来。正则量子引力出现于上世纪五六十年代。当时,物理学家改写了爱因斯坦的引力方程,使它在形式上与电磁方程相同。他们的想法是这样的:既然有一种技巧在随后的几十年里,物理学家对此一直惊愕不已:时间怎么可能就这么消失了呢?现在回想起来,这个结果完全不值得大惊小怪。正如我此前提到的,早在物理学家想把广义相对论和量子力学整合起来之前,时间在广义相对论里就已经几乎消失了。

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这个结果如果按照字面意思来理解,时间就没有真正存在过。法国地中海大学马塞分校

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(University of the Mediterranean in Marseille)的卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli)也参加了FQXi举办的那场论文竞赛,他是圈量子引力的提出者之一,参赛论文题目是《忘掉时间》(Forget Time)。他和英国物理学家朱利安·巴伯(Julian Barbour)是这一观点最主要的支持者。他们还尝试把量子力学改写成了不含时间的形式,这似乎是相对论所要求的。

他们认为这种策略是可行的,因为尽管广义相对论缺乏一个全局的时间,但它仍能设法来描述改变。本质上讲,它之所以能描述改变,靠的是把物理体系与其他物理体系直接关联,而不是与某个抽象的全局时间概念关联在一起。在爱因斯坦的思维实验中,观测者用光信号比对时钟,通过这种方式来确定事件的时间。我们可以用我家厨房里一个钟

的嘀嗒声来描述围绕地球的一颗人造卫星位置的改变,反之亦然。我们要做的,就是描述两个物体之间的相互关联,消去作为中介的全局时间。我们可以不用时间来描述我头发颜色变白的速度,而用人造卫星的轨道来描述。我们可以不说一个棒球以10米/秒2在加速,而用冰川的改变来描述它。诸如此类不胜枚举。时间成了多余的东西。不用时间,照样可以描述改变。

这些相互关联整齐地交织成一张巨网。如此一来,我们才能定义一个叫做“时间”的东西,然后把所有一切都与它关联,从而把我们自己从时刻留意各个物体之间错综复杂的直接关联的重担中解脱出来。物理学家能够简洁地把宇宙的运行规律,总结成含有时间项的物理学定律。但我们不应该因为时间会带来方便,就错把它当成是这个世界最基本的组成部件之一。钱,一样会使生活变得方便许多,让你不用在每次想买咖啡的时候,还要去跟人以物易物。但钱只是我们发明出来的、用于表示物品价值的符号,它本身并不是价值,也不包含任何价值。与此类似,时间让我们可以彼此关联物理体系,而不用试着去弄清楚一个冰川和一个棒球究竟如何关联。但是同样,时间也只不过是为了方便而虚构出来的一样东西,它在自然界里的存在,并不比钱基础多少。

除掉时间自有其诱人之处,但也会造成一大堆附带伤害。其中一条就是,它要求把量子力学彻底推翻重写。

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不妨以著名的薛定谔猫(Schrodinger' s cat)为例。这只猫悬于生死之间,命运维系在一个量子粒子的状态上。按照通常的思路,在一次测量或者某些等效于测量的事件发生之后,猫的状态就被确定

了——不是生,就是死。不过,罗韦利可能会主张,猫的状态从来就没有被确定过。这个可怜的小家伙相对于它自己来说可能已经死了,相对于屋里的一个人来说还活着,相对于屋外的第二个人来说又死了,以此类推。

让猫的死亡时间取决于观测者,就像狭义相对论所做的那样,这还可以理解。但是,把相对论的精神发扬到底,像罗韦利所说的那样,连猫死亡这件事有没有发生都变成相对的,那就相当令人吃惊了。因为时间是如此基本,除掉时间可能会颠覆物理学家的世界观。

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