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2020-09-25

時間的終結:在世界的基礎物理學中,既沒有空間也沒有時間|cacao 可口雜誌

「他比我稍早離開了這奇異的世界,而這不代表什麼。像我們這樣信仰物理的人都知道,過去、現在未來之間的分別只不過是持久而頑固的幻覺。」——愛因斯坦寫給貝索(Michele Angelo Besso)家庭的哀悼信,1955

這首詩描繪的時光流轉的景象,我們早就習以為常:時間不過是在整個宇宙中均勻、一致地流淌而已,光陰逝去時,所有的事情就這麼漸次發生。星河萬物中都瀰漫著一個名為「當下」的事物,這一刻就構成了現實。人人都有過往,發生過、漸行漸遠、無可改變。未來敞開了大門,卻尚未塵埃落定。現實自過往流出,行經當下,通向未來——而萬物隨時間流逝的演化卻是不對稱的,這一點根深蒂固。我們感受到的這一切,就是世界的基本結構。

然而,這幅熟悉的景像已經分崩離析,它呈現出來的僅僅是一種近似,現實要復雜得多。遍及宇宙、滿坑滿谷的當下是不存在的。事件並不沿著過去、現在、未來的次序排列得整整齊齊,而只是「部分」有序。只存在一個我們附近的當下,在遙遠的星系裡可沒有什麼當下。當下是一種局部表象,而非整體現象。

在統治萬物萬事的基本方程裡,過去和未來沒有任何區別。區別只來自於我們對事物扭曲的感知,正是這種扭曲讓過去發生的一切變得獨特起來。

時間流動的速度處處不同,這取決於我們身處何方、以何等速度運動。我們距離大塊質量越近、或者運動速度越快,時間的流速就越慢:於是,兩個事件之間的間隔並不只有一個,而是有千千萬萬個。

時間流動的韻律是由引力場決定的,而這種真實存在的實體自有其動力學規律。這個規律就銘刻在愛因斯坦的方程中。如果忽略量子效應,時間和空間就成了一大團果凍的不同特徵,而我們正身處這團果凍裡。

但這個世界卻是量子的,所以果凍狀時空也就只是種近似。在拼寫世界的基本語法書裡,既沒有空間,也沒有時間—— 有的只是把物理量從一個值變為另一個值的過程,我們通過這些過程得以計算事件發生的概率以及它們之間的關係。

時間之謎總讓我們困擾不已,激起我們深刻的情感

就我們目前所知的最基本層面而言,幾乎不存在一點與我們體驗到的「時間」相似的事物。在那裡,既不存在一個能夠區分過去、未來的特殊「時間」變量,也不存在時空。儘管如此,我們仍能寫出描繪世界的方程。這些方程式中,各個變量互相協同,演化不休。這不是一個「靜態」的世界,也不是所有改變皆為幻覺的「整塊宇宙」:與之相反,我們的世界是由事件組成的,而非事物。(如電影《星際效應》最後,主角所在的五維空間,宇宙過去、現在、未來的每個瞬間都已確定,彷彿一個個的方塊那樣陳列著。)

以上所寫,就是一趟出門遠行,抵達了不存在時間的宇宙

那麼返航的目的地就很清楚了—— 在這個沒有時間的世界,我們對於時間的感知是怎麼發生出來的呢?令人驚訝的是,在我們所熟悉的時間浮現的過程中,我們自己也起到了作用。自構成了世界滄海之一粟的我們看來,萬物在時間之河中流淌。之所以我們會以這種扭曲的方式看待世界,是因為我們只與世界的局部發生互動。

這還不夠,量子非決定性(quantum indeterminacy)又添加在扭曲之上。非決定性帶來的無可獲知導致了「熱時間」(thermal time)這種獨特變量的出現,也導致了衡量不確定性的熵(entropy)的出現。

或許人類是世界中的一小群獨特子集,在與外部世界的互動中,我們感知到的熱時間之箭的某一端總是熵更低。因此,這一時間流逝的方向的確是真實的,不過也是主觀的:世界上與我們有關的熵總是隨著熱時間的流逝而增加。於是,我們看到事件的發生沿著這個變量排列有序,就把這個變量叫做「時間」。

熵的增加讓我們得以區分過去和未來,並引導宇宙漸次展開、演變。熵還讓過往的一切留下踪跡、殘餘以及記憶。我們人類就是熵增這一偉大歷史的副產物,過往的踪跡讓我們留下記憶,記憶讓人類社會形成整體。我們每個人都是統一的存在,因為我們都映射了世界,我們通過與同類互動對這個世界形成了統一的映像,而這一映像又是被記憶統一起來看待世界的視角。我們所謂的時間的「流逝」就由此而來。當我們傾聽時間流逝時,聽到的就是這些。

「時間」只是無數個描述世界的變量之一。它是描述引力場的變量之一:在我們的尺度上,量子漲落起不到什麼作用,因此認為時空是決定論的也無可厚非。於是,我們就認為時空堅實得彷彿一張桌子。這桌子有不同的維度:其一曰空間,其一伴隨著熵增,曰時間。在日常生活中,我們運動的速度比起光速不值一提,所以,我們就感覺不到不同時鐘的本徵時間之間的差異。在我們距某大塊質量不同距離時,時間流逝速度之間的差異也小得無法分辨。

在統治萬物萬事的基本方程裡,過去和未來沒有任何區別

到了最後,那許多種可能的時間都化為烏有,我們只說得出一種:我們體驗到的時間—— 均勻一致、遍及萬物、次序有秩。這不過是一種對宇宙的近似的近似的近似的描述,我們這些仰仗於熵增、錨定於逝者如斯的物種,也只能得出這種獨特的視角了。正如傳道書所言,我們總有一個時刻出生、一個時刻死亡。

時間於我們正是如此:一個多層次的、複雜的概念,自多種不同的近似推導出多重截然不同的性質。許多有關時間的討論都混亂不堪,因為他們沒有認識到時間的複雜性和多層次性。他們犯下的錯誤正是沒有看出時間的多個層次其實各自獨立、互不相干。在對其求索一生之後,這就是我所以為的時間的物理結構。

這個故事裡有許多部分堅實可信,有一些似是而非,還有一些則純粹是猜測,只想賭一把,看能否一窺全貌。無論如何,有一個一般事實則完全可信:世界的時間結構與我們對它的樸素想像完全不同。樸素想像適用於日常生活,但不適用於理解世界的細微層面,以及它的廣大無邊。十有八九,它甚至還不足以理解我們自身的本質,因為時間之謎與我們的個人認同之謎、與我們的意識之謎纏繞扭結在一起。

時間之謎總讓我們困擾不已,激起我們深刻的情感。其情之濃、其感之深,實乃哲學與宗教之源

我相信,正如漢斯·賴欣巴哈(Hans Reichenbach,德國哲學家,科學哲學先驅,邏輯實證主義的支持者)在那描述時間本質最清晰明了的書《時間的方向》(The Direction of Time)中所寫:正是為了逃離時間令人焦慮的本質,巴門尼德否認了它的存在,柏拉圖幻想出一個存在於時間之外的理念世界,而黑格爾在談及當下時,斷言靈魂超越了時間,因為靈魂從自身的包羅萬像中就能明白這一點。

為了逃離這種焦慮,我們幻想出「永恆」的存在,那個詭異的世界跳脫出時間之外,被我們安置著眾神、一神,或者不朽的靈魂。我們對於時間的深刻情感化態度對於哲學大廈的構建貢獻良多,比起對邏輯或理性的貢獻還要多。與之相反的情感化態度,即像赫拉克利特和柏格森那樣尊崇時間,也滋生出許多種哲學——但它們無一讓我們距離時間的本質更近一步。

是物理學幫助我們刺破了層層時間之謎。它展示出,宇宙的時間結構與我們的感知是多麼不同。它讓我們有了清晰研究時間本質的希望,不必再受情感之霧的遮擋

但在我們追尋時間本質的旅途中,隨著理論層層上升、離我們自身越來越遠,最後卻可能找到了一些有關自身本質的發現——這就像是哥白尼,他研究天體的運動,卻終於明白腳下的地球也在運動。或許,最終我們也會發現,時間的情感維度並不是阻礙我們客觀領會時間本質的迷霧。

或許,對時間的情感恰恰就是時間對我們的意義所在,不多不少。

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