主宰着你的世界的，
其实是些看不见的东西。
它如影随形地始终紧跟着你;
它总是滴答不停地在跳动着
你总是可以在内心里感觉到它。
在日出日落的时候，在你的日常生活里匆匆参加会议、乘坐火车和在做各种事情的最后期限即将到来的时候，你总可以在自己的心脏的跳动中感觉到它的存在。它通过过去、现在和将来的范畴，给我们带来了生活的先后次序。时间，对我们来说是最为熟悉的。然而，当你试图紧紧地抓住它的时候，就会发现它只是为一连串层出不穷、难以解释的疑问。为什么时间显得总是在流动，又是什么使它与空间相区别。时间到底是什么？这个问题足以使你的神经发毛、咝咝发响，甚至冒烟。
然而，并不是只有你一个人有这样的感觉。物理学家们一直在努力了解时间究竟是什么。事实上，他们甚至不能完全肯定时间，到底是否是真的存在。在对宇宙作了更深入的理论探索之后，一些研究人员日益怀疑，时间并非是自然世界的根本性质，而仅仅是我们感知世界的工具。一组研究人员最近发现了量子物理学方法的研究中，它不需要援引时间。这种方法可以为我们铺平一条没有时间观念的“所有理论”的道路。如果这种方法是正确的话，可以表明，如果时间真的只是人们的错觉，那么，我们就可能需要重新考虑怎样来认识宇宙这个最为巨大的系统。
几十年来，物理学家一直在寻找一种能把描述最为宏观的引力理论（即爱因斯坦的广义相对论）和能描述最为微观的粒子行为的量子力学两者协调地结合起来的一种新的量子引力理论。其中一个最大的难点在于，它们两者建立在两个相互并不兼容的时间观念之上。加拿大安大略省滑铁卢园周物理研究所的李·斯莫林(Lee Smolin )说，“我愈来愈相信，时间问题是解决量子引力理论和宇宙学争论焦点的这两大问题的关键所在。”
根据广义相对论，时间与空间紧密地结合在一起，形成了四维时空。时间通道不是绝对的，也就是说，没有一个宇宙的时钟会让宇宙的某个时刻在的滴答声中溜走。正好相反，某个参照体系的框架下的时间，在它进入到下一个框架时，就会起变得与以前不同。一个观察者所体验的“认为他所经历的是时间”；而另一个观察者的所体验是“他所经历的是时间和空间的混合”。对爱因斯坦来说，时间只是一种有用的事物计量单位，但也并没有什么特别。
尽管相对论把时间和空间作为一个整体来处理，而量子力学却把宇宙分成两个部分：即一个是正在观察的量子系统，另一个是经典的外部世界。在这分成这两个部分的宇宙里，时钟始终通常只存在于量子系统之外。有些事情必须认定。事实上，宇宙是没有任何外部的。因此根据经典物理学的定义，量子力学应该被放弃；因为在许多情况下，量子力学总是认为时间不是根本性的。例如，20世纪90年代，物理学家朱利安·利巴伯(Julian Barbour )就建议，时间绝对不能存在于量子理论之中。尽管如此，物理学家并不愿意抛开量子理论，这是因为已经被证明，量子理论对很多物理现象都能够做出非常准确的预测。物理学家们需要一种不需要时间观念的量子力学。
法国马赛大学的物理学家卡洛•罗威利(Carlo Rovelli)已经发现这一点。在过去的一年里，他和他的同事们制定了一个方法把来时间上的多量子事件压缩成为一个可以被描述为没有参考时间的单一事件。（物理评论，75卷，第084033页）这是一个令人感兴趣的成就。虽然罗威利用来处理时间办法只是许多种方法中的一种，在量子引力的其他模型上工作的其他研究人员，对这个问题也具有不同的看法，可是几乎所有研究这个问题的物理学家都认为，时间是找到最终理论一个关键性的障碍。罗威利的做法似乎是只差一点就克服这一障碍了。他所用的模型是建筑在加州大学圣巴巴拉分校的物理学家詹姆斯·哈特尔(Santa Barbara)的广义量子力学研究以及罗威利本人在量子系统早期工作的基础之上的。
罗威利的想法是：假设我们有一个以‘自旋’为特点的电子，那么它的量子属性取决于人们是沿着什么方向来测量它，是“向上”还是“向下”？譬如说，我们要做两次连续的‘自旋’测量，一个是在x的方向，另一个在y的方向。其可能结果的概率将依赖于我们执行测量的次序。这是因为一次测量会破坏波函数的不确定状态，促使它固定在一个固定的状态上。第一次测量会改变粒子的原来的状态，它又影响了第二次的测量结果。譬如说，我们已经知道了在x方向电子的‘自旋’是“向上”。如果我们现在要在测量了x方向的‘自旋’后，马上就测量y方向的‘自旋’。我们会发现原来在x方向上的“向上”没有变化，可是在y方向上的‘自旋’有50比50的“向上”或“向下”的比例而不再确定。然而如果我们先测量y方向上电子的‘自旋’，则它对x方向的‘自旋’的测量结果同样也产生了不确定的扰动。也就是说，在两个测量方向上都会创造出了各有50％变化的概率。
如果我们要重新安排在时间变化方面的概率，我们怎样才能计算出不用时间作为参考系的事件进展的概率呢？罗威利说，关键在于改变“观察之中的量子系统”和“经典的外部世界”（测量装置通常被认为是安置在经典的外部世界里）两者之间的界线。借助于这个界线的迁移，我们可以把测量装置也包含在宇宙的量子系统的那个局部之中。
在这种情况下，我们不再需要问，“电子所具有的‘自旋’，它的‘向上‘或是‘向下’的概率各有多少？” 我们要问的问题应改为：“测量装置处在宇宙中这种特殊的量子系统状态的概率是多少？” 这时测量装置就不会再去破坏波函数，而是要把被测量的电子和测量装置紧密地结合在一起，描述成为一个简单的波函数，只有整个结构的单个测量才有可能引发某一潜在概率趋向最后坍缩为事实。
那么此时时间到那里去了？时间的演变被转变成在空间中可以被观察到的事件的相互关系。罗威利说，“可以用一个相类似的比拟，例如，我可以告诉你，我驱车从波士顿出发先经过芝加哥再经过丹佛到洛杉矶。这里我用的是在时间领域里，来描述这次旅行事件的。然而我也可以用另一种方法来说明这一件事，那就是我是沿着地图上的所标出的某条路径驱车从波士顿驱车到达洛杉矶。这样我就可以把在发生时间领域里的事件的测量信息用所观察到的有相互关联关系，“但并不存在先后次序的”一系列随机坍缩事件的详细信息来代替。打个通俗的比喻，如果每一个潜在概率趋向性的坍缩，都比喻成一张幻灯片，那么当坍缩连续发生时，我们就会体验到一个连续的运动影像，并在这个连续关联中，感受到时间的流动。坍缩的数量越大，你所感受到的时间就流动的越慢。这很类似电影慢镜头的拍摄，用摄像机拍摄大量的图片，然后以低于拍摄量的方式播放。
由罗威利的研究方法所产生的量子力学的正确概率，似乎可以证明他的直觉的合理性，也就是说把宇宙的动力学，描绘成一系列有相互关联关系的坍缩事件的网络，而不是真有所谓时间的演变。澳大利亚悉尼大学的物理哲学家德·格尔斯(Dean Rickles)说：“罗威利的研究工作使没有时间的观点，变得更为可信，更加与标准的物理学观点相一致。”
把量子力学重新写成没有时间观点的量子力学，再把它同广义相对论相结合，原来宇宙中是把时间看成基本量的，那时我们再这样看待宇宙似乎变得不合适了。然而既然时间并不存在，为什么我们总是这样残酷无情地感受到时间存在着呢？究竟时间是不是仅是错觉呢？
罗威利说，情况确是这样的，但这里还有一个物理上的理论解释。十多年以前，他与数学家阿兰·孔涅(Alain Connes )同在巴黎的法兰西学院工作时，就认识到，为什么没有时间的现实世界会导致时间观念的出现呢？他们把他们的设想称为“热时间”假设，这种假设暗示着时间只是一种“统计学”效应，与之类似的物理量就是“温度”的观念，温度是以巨大群体分子行为的平均运动效应而出现的。(经典和量子的引力理论，11卷，2899页Classical and Quantum Gravity, vol 11, p 2899）
可以设想存在于某一容器里的气体，我们不可能跟踪每个分子在每时每刻的位置和动量，但是我们具有这个环境里，微观状态的总体测量方法。在这个方法之前，我们并没有“温度”那样的概念，而我们所具有的，只是把这个容器中所有微观分子的行为，做平均化，使之形成一个宏观的描述。我们可以浓缩关于分子动量的信息，使它成为一个简单的量，也就是它们的平均值，这平均值，使得我们有了常说的“温度”的概念。
根据阿兰·孔涅和罗威利的假设，一般来说也可以用之于宇宙。这时，我们就要跟踪更多的要素，我们不仅要处理物质的粒子，而且还要处理空间本身以及由此引起的万有引力。在我们把这个大量的微观要素平均化以后，那时所出现的宏观特征平均值，就不是“温度”，而是“时间”的概念了。
罗威利进一步说，“时间的流动实际上是不存在的，我们所感到的时间流动只是我们对现实的非常近似的认识。”他还说：“时间只是我们的一种幻觉，一种无知的感受。”
2008年1月19日 • 第2639号杂志
阿曼达·格夫特（Amanda Gefter） 译者 三言两语
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发表于 2017-11-28 14:12
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有点意思了。
