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发帖数: 8336 | 1 2016-04-04 大数据实验室
据说有人曾问奥古斯丁“时间是什么”，奥古斯丁这般答道：“你不问我，我本来很清
楚地知道它是什么；你问我，我倒觉得茫然了。”如今一千多年过去了，人们对这个问
题的研究获得了怎样的进展呢？
请将下列语句排列成一个合乎情理的人生故事：一个人死了，然后他结婚了，最后他诞
生了——好在我们有天生的时间感，做这种问题完全是手到擒来：欲入坟冢，先出子宫
，从未有过其它情况。
不过，在基础层面上，时间之源仍然是一个谜。新泽西普林斯顿高等研究所（
Institute of Advanced Studies, IAS）的一名物理学家，尼玛·阿卡尼·哈姆德（
Nima Arkani Hamed）说：“它是科学前沿最深刻的问题之一，当我们问起：‘时间是
什么？它来自何处？’时，我们都不清楚这些问题是不是有意义。我们很难说明白一个
没有时间的世界、或一个没有时间的物理学意味着什么。”
尽管除去时间会让人困惑不已，但越来越多的证据表明，在实在（存在）的最基本的层
面上，时间只是一个幻象。更奇怪的是，激光实验测试和弦论（一个认为粒子是由细小
的能量纤维组成的理论框架）的进展都不约而同地指向一条思路：时间并不存在。&#
160;
一个世纪多点前，我们认识中的时间与空间图景远没有这么复杂。物理学家愉快地在一
个固定的三维空间背景下追踪物体的运动，并用一个独立的时钟（上帝之秒表）来标记
它们运动的快慢。人们认为，不论身处宇宙何处，上帝之表都以相同的速度滴答走秒。
但到了20世纪初，两大物理革命撼动了这种观念。
第一场革命，是爱因斯坦的相对论将时间与空间编织成了随动的四维结构。爱因斯坦将
这种结构称为“时空”，它能依随周围大质量的物体而变形，产生弯曲。质量小的物体
则会沿着这些弯曲“滚向”大质量物体，这让宇宙产生了一种称为“引力”的作用力。
在这一新的宇宙论中，时间不再是千年旁观者，而成为与空间相融合、相联系的一个维
度。时间维和那些毫不含糊、可以测定的不同，它现在变成相对的了。相对论说明，时
钟的快慢取决于物体穿过空间的运动快慢以及它们靠近通过引力牵引它们的大质量物体
的程度。
撼动我们对时间认识的第二大发展是量子力学。它是运用于亚原子领域的物理学。量子
力学显示，在最微观的尺度下，事物的实质与存在变得很奇怪。比如，两个粒子可以以
某种方式“纠缠”起来，这样它们就总会同时运动和变化。对其中一个进行的实验会立
即影响到另一个，且不论两者距离多远都是如此。换言之，相距甚远的粒子对能够即时
“交流”，这明显与“任何物体都不能超光速运动”及时间本身的概念相左。
但随着这一问题越来越多地为人所知，真正的“时间问题”在上世纪60年代产生了。当
时物理学家为结合上面两大理论框架而焦头烂额——它们各自在其适用范围内成功地描
述了宇宙：一个是在极小尺度下，一个则是在大尺度下。向着一个囊括一切的“万有理
论”（一套规范各种尺度下物质的规则）的探索启程了。其中最知名、但也饱受争议的
假说是有两位新泽西的物理学家提出的，他们是普林斯顿大学的约翰·惠勒（John
Wheeler）和IAS的布莱斯·德维特（Bryce DeWitt）。惠勒和德维特试着用量子力学来
描述整个宇宙——即，他们将适用于小尺度物质的理论应用到大尺度的行星、星系以及
其它宇宙结构上。很多人对于惠勒他们的方式是否可行都表示质疑。意大利都灵的意大
利国家计量院（Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica, INRIM）的量子物理学
家马可·吉诺维斯（Marco Genovese）称，这是因为没有迹象表明量子定律能够延伸到
宇宙范围中。不过试着联合两大理论的数学表述，看看结果如何的做法起码还是合乎逻
辑的。
二人将爱因斯坦的相对论方程与量子力学理论结合后，他们都惊呆了。两套法则本都独
立地将时间视为表征事件的一个变量，但在将二者结合后，时间因子在数学方程中被完
全抵消。两套方程得出了一套描述宇宙行为的新方程，不过此时在其数学表述中，已经
没有哪个量可以标志变化或时间流逝了。吉诺维斯说：“惠勒-德维特方程表明，宇宙
是静态的，没有任何东西在演化。不过呢，我们也当然都感觉得到时间与变化。”&#
160;
宇宙从未变化的结论明显是错的。但物理学家在惠勒和德维特的数学推导中却找不到任
何错误。起先，人们认为二人的错误似乎是在于认为整个宇宙都可以用量子的方式加以
描述。不过我们还有另一种有意思的可能性，它是上世纪80年代由物理学家唐·佩奇（
Don Page，现在在加拿大埃德蒙顿的亚伯达大学）和威廉·沃特斯（William Wooters
，在马塞诸塞州威廉姆斯镇的威廉姆斯学院）提出的。
佩奇和沃特斯决定采用一个颇有争议的观点：宇宙整体可以看成是一个巨大的量子对象
，服从于电子、质子和其它亚原子世界中的微小粒子所遵循的物理规律。他们设想将宇
宙分为两大块，按照量子力学定律，这两块是相互纠缠的。科学家已经在实验中发现，
两个纠缠中的粒子具有相同但相反的值。例如，如果一个顺时针旋转，那么另一个就是
逆时针旋转。这样，相加起来整体的这一性质就抵消了。佩沃二人称，按类似的思路，
分开的每块宇宙将独立地演化，但因为它们是相纠缠的，一块中的变化会被另一个块中
的变化中和。对在其中一块中的某人来说，时间在流逝，但对于一个宇宙之外的观察者
来说，整个宇宙是静态的。
尽管佩沃二人基于量子纠缠提出了一个让宇宙在一个从宇宙外部向内窥视的人认为宇宙
是静态的理论图景，但却似乎没法证实或证伪他们的想法。不过，到了2013年，吉诺维
斯和他的同事进行了一项实验，至少在实验室中验证了制造一个这种宇宙的小型模型的
可能。他们仅用了激光器产生的两个光粒子（光子）。实验的目的，是证明可以发生某
种情形，让一个量子体系在从外部看时处于不变、而从内部看时却在演化。
在实验中，吉诺维斯检测光子的偏振，即光子振动的方向。如果让一个偏振粒子以一匀
速旋转，那么它在任何时刻的指向就能像时钟的秒针那样用来标记时间间隔了。他的团
队让两个光子发生纠缠，使它们的偏振处于相对的模式。比如，如果一个的方向是上下
振动，另一个就是左右振动。
该团队让光子穿过石英片，使之偏振发生旋转，让光子“秒针”运动起来。转动量与穿
越晶片所用的实际时间有关，这给了物理学家一种测定时间经过的方法。他们多次重复
实验，每次都在一个不同的时刻终止，然后测量其中一个光子的偏振。吉诺维斯说：“
在测量第一个光子钟时，我们也与它发生的纠缠。也就是说，我们变成了那个小宇宙的
一部分，并且能够通过相比我们的光子钟而记录另一个光子的变化。”这样，该团队证
实，在测量某光子的对子时，该光子会发生变化。同理，沃特斯和佩奇相信，如果测量
宇宙的另一部分，那么这部分的宇宙看上去就在演化。
不过，吉诺维斯仍需证明假设的另一部分：如果从外部检测作为一个整体的纠缠体系，
它应该是静态的。在这一部分的实验中，团队采用了宇宙外“超然观察者”的视角。这
个外部的观察者不能查看任何一个光子单独的状态，因为这样就会让他也与之纠缠，而
变成内部观察者。反过来说，这个观察者只能测量光子对的结合态。团队进行了多次测
试，每次在不同的时刻终止。他们将两个光子视为一个结合的整体，测量它们的联合偏
振。每次实验他们都确保两个纠缠光子以相同程度偏振，但方式相左。不论实验时间经
历多长，两个光子总是保持完全相同的“抱团”。从外部看，这个迷你宇宙是静态的，
并且完全不发生变化。它表明，如果时间是量子纠缠的产物，那么惠勒和德维特发现的
所谓的“时间问题”就迎刃而解了。
在过去的几十年中，弦论也表现出支持时间本质虚幻这一点的。弦论于上世纪60年代开
始发展，用于描述将原子内的基本粒子束缚在一起的强核力。在物理学家研究强作用力
的过程中，他们冒出了一个想法，即当时被认为是宇宙中最小物质的亚原子粒子，实际
上是由一些振动的“细弦”组成的。
这一看待自然基本对象的新方式产生了影响深远的结果。人们发现弦论对那些像惠勒和
德维特那样希望结合广义相对论与量子力学的人非常有用。人们需要这种统一的理论框
架来解释大爆炸后瞬间宇宙的样子，此时所有的宇宙物质都被挤压在一个极小的体积内
。统一理论可以说出黑洞内核处发生着什么。（黑洞是恒星坍缩的结果：恒星在引力作
用下收缩，将其物质压入一个很小的中心中。）
在弦论出现前，物理学家在试图联立广义相对论和量子力学时总是会遇到麻烦。联立后
的数学告诉他们，我们身边空间中的无限小空间点内包含着无限大的能量——这基本上
就是说我们不管在哪，都被黑洞包围，这显然是错的。但是，弦论则认为任何东西都不
能小过弦，因而回避了这个问题。这是说，它的方程无需担心小于这一基本下限的空间
区域，这就消除了那些会得出无限能量及其它不可能结果的难缠的数学。有了弦论，超
大尺度与极小尺度的物理看来就可以共存了——至少弦论一度是成功了的。
不过弦的大小又引出了关于空间实质、随之又引出时间实质的新问题。这是因为弦论认
为，不论如何精心地设计，都没有实验能够向我们展示在小于单个弦的尺度下发生着什
么。IAS的弦论家内森·塞伯格（Nathan Seiberg）解释说：“‘在小距离内发生着什
么’是一个错误定义的观念——那里空间也许存在，但我们无法测量它；也许那里根本
就没有可以测量的东西。”这意味着在某个极限下，空间也许不存在。因为爱因斯坦已
经在他的相对论中表示过，时间不过是和空间类似的另一个维度，那么“如果空间概念
在小间隔内变得暧昧，那么时间也会如此，”塞伯格如是说道，“人们经常会问：‘大
爆炸前都发生了什么？’但我们看到的是，在宇宙创生之时，时间才开始有意义。”&#
160;
塞伯格指出，这种模糊性让弦论家隐隐感觉时间在基本层面上也许不存在，而我们对时
间的感觉可能是由一些隐含的“基建材料”构成的，就像温度是来自一群原子的运动那
样。一个单独的原子并不具有一个温度，热和冷的概念只在你测量大量原子的平均速度
时才有意义：速度快的粒子团比慢的具有更高的速度。类似地，也许存在某种基本“颗
粒”，共同让我们产生了时间体验。但至于这种颗粒可能是什么，呃，塞伯格如是说：
“那就是‘六万四千美金问题’了。”
更奇怪的是，弦论后续的发展显示，时间之种播撒在实在（存在）的最边缘。这一思想
的根源来自于一个奇特的假想的宇宙模型。这个模型是上世纪90年代末由弦论家胡安·
马尔达西那（Juan Maldacena，当时在哈佛大学）提出的。他是在寻找一个可以联结量
子力学和广义相对论的数学关系，他认为可以运用弦论来达到这一目的。
马尔达西那设想的宇宙形似一个罐头，不过它的边界设在无穷远处。罐内的是弦和黑洞
，其行为受引力控制；罐面放置的是一般的亚原子粒子，它们通过量子力学定律而相互
作用。尽管马尔达西那的罐头宇宙听上去和我们的不太一样，但它让他直观地看出最深
层的自然律是如何联系在一起的。
在这一模型中，广义相对论支配着罐内巨大的三维空间，而量子力学则控制着二维表面
上排列的粒子。马尔达西那的看法是，两套定律在某种方式下是等效的，罐内展开的引
力事件可以对应表面上的量子过程，后者就像前者投射到罐面的影子一样。利用这一数
学模型，马尔达西那确实发现，对表面的每个量子过程，在罐内都有一个对应的事件。
马尔达西那等人发展的理论模型表明，纠缠在罐面的量子粒子可以通过在内部空间制造
通道，或称“虫洞”，来改变它们的模式。这就说明了纠缠本身是产生空间和时间性质
的基本宇宙过程。
空间和时间都是由量子纠缠产生的这一想法，也独立地由温哥华的不列颠哥伦比亚大学
的弦论家马克·范·拉姆斯敦克（Mark van Raamsdonk）做出了改进，他也研究了马尔
达西那的罐头模型。他借助一个数学模型发现，如果逐渐削弱罐面粒子间的纠缠，那么
罐内的时空结构也会开始退联结。这意味着量子纠缠以某种方式扮演了让空间和时间之
线交织在一起的角色。没有它，时空结构就会不复存在。
马尔达西那的模型为“涉及到宇宙组分时，纠缠比空间和时间更基本”的论述提供了前
所未有的支撑。它表明，时间不是出现在实在的最基层，而是生发于其中。但尽管物理
学越来越多地显露出时间是一场幻觉，将时间变化出来的作用力却仍旧无从知晓。塞伯
格说：“我的直觉是，我们需要的不只是将量子物理重做一遍，更需要一个乍一看完全
荒诞不经的突破。只有时间才能告诉我们会发生怎样的变革。”
——齐亚·梅拉里（Zeeya Merali）
译注：
[1] “六万四千美金问题”：是美国1955-1958年间的一档
电视问答竞赛类节目。参考英文维基百科。
[2] 基础问题研究所：是美国的一个以支持、宣传物理学和
宇宙学等学科的基础及前沿问题研究的组织。详情可参见其官方网站。
（来源：天文物理@知道日报） | l****u
发帖数: 2166 | 2 我觉得有一句古诗句总结了所有的空性的描述 - 草色远看近却无。
时间也是如此。所以我们才有机会体验永恒。
【在 n********n 的大作中提到】
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: 据说有人曾问奥古斯丁“时间是什么”，奥古斯丁这般答道：“你不问我，我本来很清
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| l*******t
发帖数: 1016 | 3 电子绕原子核旋转的轨迹记忆 就是所谓的时间
不打坐修炼 讨论时间 纯粹浪费时间
【在 n********n 的大作中提到】
: 2016-04-04 大数据实验室
: 据说有人曾问奥古斯丁“时间是什么”，奥古斯丁这般答道：“你不问我，我本来很清
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: 题的研究获得了怎样的进展呢？
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: 请将下列语句排列成一个合乎情理的人生故事：一个人死了，然后他结婚了，最后他诞
: 生了——好在我们有天生的时间感，做这种问题完全是手到擒来：欲入坟冢，先出子宫
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