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时间从何而来?为什么我们会感觉时间在流动?

来源:新浪科技    发布日期:2018-11-23

导语:保罗·戴维斯(Paul Davies)的内心充满了各种各样的问题。作为亚利桑那州立大学的物理学家,他研究的领域涉及很广,从抽象的理论物理学和宇宙学,到更加具体的天体生物学——对地球以外生命的研究。近日,Nautilus网站与保罗·戴维斯进行了一次对谈,并自然而然地谈到了时间,这是他长期以来很感兴趣的课题。以下就是这次谈话的部分记录。

时间流动是真实的还是一种假象?

时间流动是一种假象,而且真诚地说,我不知道有多少科学家和哲学家会对此持有异议。之所以说它是假象,是因为如果不这么认为,那所谓时间在流动到底是指什么呢?当我们说某种东西像河水一样流动,意思是某时某刻河流的一部分在之前的某个时刻处于另一个位置。换句话说,河水会随时间而运动。但是,时间无法随时间运动——时间就是时间。许多人在思维上犯了一个错误,认为时间不会流动的说法意味着没有时间,时间不存在。这太荒谬了。时间当然存在。我们用钟表来测量它。钟表测量的不是时间的流动,而是测量时间的间隔。当然,不同事件之间存在着时间间隔;这正是钟表所测量的。

时间流动的印象从何而来?

我想要做个类比。假设我站着,旋转几圈后停止。然后我就会有一种压倒一切的感觉,觉得整个宇宙都在旋转。我感觉到旋转,但我知道宇宙并没有旋转。类似的,我感觉时间在流动,但当然,我知道它并没有流动。而且,有可能对这一假象的解释与大脑中某些东西有关,并且与记忆(比如放下某段记忆)存在联系。因此,这是我们的一种感觉,但不是时间本身的性质之一。

人们思考的另一件事是:他们认为否定时间的流动就在否定时间对于世界的不对称性。当然,世界上的事情都遵循一个方向序列。把鸡蛋丢到地上,它就会破裂。你不会看到鸡蛋重新组装起来。地震后建筑物会倾倒,而它们不会自动从碎石堆中重新崛起。日常生活中还有许许多多这样在时间中不对称的例子;这是世界本身的性质。这不是时间的性质,而对此的解释可以追溯到非常早期的宇宙及其初始条件。那就是一个完全不同且值得尊重的课题了。

时间会不会流动。那是哲学的一部分。

时间是宇宙的根本吗?

时间和空间是我们制定当前所有宇宙理论的框架,但还存在一些疑问,它们是否可能是宇宙中后来出现,或者说次要的特性?或许宇宙的法则根本上是根据某种“前空间”和“前时间”制定的,而这些“时空”来自某种更加基础的东西。

现在,很明显,我们在日常生活中经历的是一个三维的世界和一维的时间。但是,回到大爆炸的时候——我们并不知道宇宙如何在大爆炸中诞生,但我们认为量子力学可能与此有关——可能就是我们所说的经典时空的概念,一切似乎都有明确的定义,也许这一切都已经终结。因此,也许不仅仅是物质世界和能量,甚至时空本身也是宇宙早期阶段的特殊产物。我们不知道。这项工作还有待研究。

所以时间可能是后来产生的?

在我的职业生涯开始之前,有关时空是后来产生的,是次要特征——来自某种更加原始,或者说某种在我们对自然的描述中处于基础位置的东西——的说法一直萦绕在我们周围。美国理论物理学家约翰·惠勒(John Wheeler)相信这一说法,并在20世纪50年代为此撰文,称存在某种前几何学促成了几何学的出现,正如原子促成了连续弹性体的出现。人们对这一说法很感兴趣。

问题在于,我们没有任何相关的实验。你可以能为此想象出数学模型,但验证它们似乎毫无希望。我认为原因在于,大多数人感觉如果存在某种支撑时间和空间的东西,以及任何偏离我们对时间和空间连续认知的概念,可能都只会在所谓的普朗克尺度上表现出来。这一尺度比原子核还小20个数量级,而我们目前最好的仪器只能探测比原子核高几倍的尺度。我们在普朗克尺度上以可控方式进行探测是非常困难的。

如果多重宇宙存在,它们是否有一个共同的时钟?

不同观察者和不同地方的时间相互比较,即使在同一个宇宙中也是一件很微妙的事情。当你谈论时钟的速率是多少时,比如说在黑洞表面附近,那里时钟的速率就与地球上的时钟有很大不同。因此,甚至一个宇宙中都没有共同的时钟。

但是,如果现在存在一个多元宇宙,无论每一个宇宙是否都具有各自的时间,你都只能在拥有某种信号传递途径的前提下,对两个宇宙的时间进行比较。这取决于你的多元宇宙模型。现在宇宙学家们提出了很多模型,在其中一个经常谈论的模型中,各个宇宙似乎都处于一个膨胀的超级结构——外形上如同泡泡——之中,并没有能直接比较两个泡泡之间时钟差异的方法。

在认识时间的最新进展中,你觉得最令人兴奋的是什么?

我对一个实验室在时间感知方面所做的工作尤其感兴趣,因为我认为他们有能力在接下来几年里很快做出成果。例如,在一些著名的实验中,人们显然是在特定时刻自由做出了决定,但后来发现,这些决定其实是在稍早之前做出的,表明他们自己对时间以及在那段时间内行为的感知在事件过后经过了某种编辑。当我们观察世界的时候,我们看到的是一个明显连贯和流畅的叙事,但实际上,大脑会不断受到来自不同感官的数据轰炸,并将其综合在一起。大脑将信息整合,然后呈现出一种连贯的叙事,似乎这就是我们感知到的世界本身。于是,我们就有了这样一种印象,觉得我们主导一切,一切都很顺利。但是,事实上,大部分世界都是在事件之后重建的某种叙事。

当然,尤其令人震惊的是看到人们做出合理反应的速度,要比思考的速度快得多。你只需想象一个钢琴演奏者,或者一个网球运动员,你就能明白他们不可能做出有意识的决定——“那个球正以这个方向飞过来;我最好移动到那里击球”。信号到达大脑,然后从大脑再发出信号到运动系统,做出反应,这段时间太长了。然而,他们依然会有一种压倒一切的印象,觉得自己是在实时地观察世界,并且掌控着一切。我认为这些都是非常吸引人的东西。

就基础物理学而言,关于时间有什么特别新的发现吗?

我认为答案是并不见得。确实有一些新的观点出现。我认为仍然是基础性的问题;我们已经谈论了其中一个问题:时间是后出现的性质,还是基础性质?还有时间箭头的终极起源问题,即世界在时间上的不对称性,仍然存在争议。我们知道必须追溯到大爆炸,但还有各种没有完全解决的问题萦绕在周围。不过,从时间测量或任何暴露时间本质的角度来看,这些都是某种空想的哲学性或理论性的问题。

当然,我们总是期待做实验的同事们改进时间的测量。在某些阶段,测量手段将变得足够好,我们毫无疑问将看到某些奇特的现象出现。还有一个突出的根本问题,即尽管物理定律大部分情况下在时间上是对称的,但是在某些情况下,有一组过程必须与弱相互作用有关,此时这种时间反转的对称性会出现少量明显的基础性崩溃。这一过程似乎发挥了重要作用,并且整合到了更广大的宇宙拼图中。我认为有些东西依然在发挥着作用。因此,粒子物理学领域还需要进行更多实验,或许才能解开这个时间反转的不对称性难题。(任天)

编辑:林观夏
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