@ 2016.10.03 , 14:16
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时间只存在于观察者眼中

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过去。现在。未来。在物理学里,它的名字叫做时间。

对你,对我,对任何一个人。时间之箭始于期预,贯穿经历,埋入回忆。

但是最新科学理论认为,时间之所以流逝,是因为人类等观察者的存在。每个人都有属于自己的时间。

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时间之箭的问题已经我们已经讨论了数十年。不是怀疑它是否存在,而是在弄清它前进的方向。许多物理学家认为,时间在量子尺度的微小粒子中开始,当微小粒子相互作用影响到了宏观世界,它所在的空间中就出现了时间。一百年前,爱因斯坦在德国《物理年鉴》(Annalen der physik)上发表了狭义相对论与广义相对论的论文。他告诉我们时间是相对的,与观察者在空间里的运动速度有关。

而今年将被同一刊物收录的一篇论文中(目前可在arXiv.org阅读),两位科学家指出,引力的强度不足以让宇宙中的一切事物按照过去>现在>未来的方向走下去。换句话说,时间之箭只属于观察者自己。

要试图理解这个问题,让我们先回到目前物理学面临的最大挑战——量子力学与经典力学的结合。量子力学中的微观粒子可以存在于两个地方,只有被观察到的时候才会具有固定位置。这被叫做“叠加态”。

但是一旦超越了量子尺度,微观粒子就开始与其它的物质产生作用。量子力学变得不再适用,引力的存在也变得更加明显,整个物体在数学上进入了经典力学的范畴。伯克利物理学家Yasunori Nomura表示,“单个电子与原子的位置是由概率决定的”,但当它们组成了更大的物体(如乒乓球),这些单独的概率融为一体,这个物体也进入叠加态的可能性就明显消退(你不看乒乓球的时候它一般仍在那里)。

因为在物理学上没有位置来进行比较,时间对于只存在于概率中的粒子没有意义。当这些围观粒子聚合在一起,经过一个叫做退相干(decoherence)的过程后,经典力学取代了量子力学。时间的方向也在这个地方才显现出了意义。因此,大多数物理学家认为时间之箭始于“退相干”。

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有关退相干最著名的诠释是一个惠勒-德维特(WdW)方程的理论。1965年的一天,物理学家John Wheeler在机场等中转的飞机,并把他的同事Bryce DeWitt叫来消磨时间。他们热烈地讨论着各种理论,忽然想出了一个能模糊量子与经典力学之箭的界限的公式。

这个公式并不完美,但它帮助了人们理解退相干与另一个叫做量子引力的理论。WdW公式给人们提供了结合宇宙中宏观与微观部分的道路。

而这个公式中,表示时间的变量并不存在。

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五十年后,物理学家Dmitriy Podolskiy与生物学家Robert Lanza写下了本文正在讨论的那篇论文。他们声称在WdW方程中,引力的影响不足以对宇宙时间的方向造成影响。Lanza表示,“如果你计算一下,你会发现这个公式没有解释时间的方向从何而来。”在公认的理论中,微观粒子在被引力控制之前都保持着自己的时间方向。但如果引力不足以在退相干的过程中控制住这些物质的相互作用,则由微观粒子组成的大型物体也就不具有统一的时间方向。

在这种情况下,时间并不是客观存在的。时间会流逝,只是因为我们被生下来以后,就在生理上、神经上与思想上带有“体验”此类光阴的能力。想象一只巨大的薛定谔猫。在宇宙中一个没有观察者的角落,时间可能是从前往后走。但人类一旦把望远镜指向哪里,时间就会显现出我们习惯的方向。Lanza说,“爱因斯坦在他相对论的论文中表示,时间对观察者来说是相对的,我们的理论走得更远,说时间是被观察者创造出的。”

这并不是一个全新的理论(意大利物理学家Carlo Rovelli去年发表了同一题材的论文),它也并未得到广泛认可。Nomura点出,如果在数学上排除系统中的观察者后还能定义时间的概念,才能说明“观察者时间”是真实的。但论文作者表示,因为所有公式是由人这个观察者归纳出的,观察者无法在任何公式中被排除。

Nomura还认为论文作者没有考虑到整个宇宙都存在于时空(spacetime)这样一个无相干的系统之中。他只是不赞同论文的结论,并不打算说这个理论是错的。毕竟在很长一段时间里,物理仍将是门不完善的科学。按照相对论,每个理论对物理的理解也都是相对的。

本文译自 Wired,由译者 zzjeff 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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TOTAL COMMENTS: 38+1

  1. 3271775

    依稀记得以前看过一篇文章,推论引力形成时间箭头

    [15] XX [0] 回复 [0]
  2. 3271776

    所以?这就是你迟到的理由?

    [109] XX [7] 回复 [0]
  3. 3271777

    我是来守候围观煎蛋什么都略懂的专家们的,同志们辛苦了,节日快乐!

    [50] XX [4] 回复 [0]
  4. 暗黑萌萌
    @12 months ago
    3271778

    翻译有问题,那个术语不叫消相干,叫褪相干

  5. 暗黑萌萌
    @12 months ago
    3271779

    翻译有问题,那个术语不叫消相干,叫褪相干。

    [16] XX [0] 回复 [0]
  6. 3271783

    没大看懂 只是心里感觉“哦~~~~~~~~~~~~” (o型嘴长音)

    [16] XX [0] 回复 [0]
  7. 3271784

    @暗黑萌萌: 谢谢指出,已更正。

  8. 嬉皮士
    @12 months ago
    3271785

    我怎么感觉在往哲学发展

    [19] XX [3] 回复 [0]
  9. 小甜甜
    @12 months ago
    3271787

    时间是一个结果, 一种状态, 并不是基本的因子, 空间也是一样, 时间和空间是由几个单独的基本因子相互作用所产生的结果. 时间和空间是一个综合的量, 引力也是类似的, 但是更上一个级别的概念, 2个物体之间的引力可以看作是这2个物体之间拉伸所产生的一个空间, 是一个结果, 感性上可以类似的比作一个橡皮导管.

    [7] XX [11] 回复 [0]
  10. 3271790

    时间只存在于长 者的眼中,经由某种诗一般的咒语来汇集

    [65] XX [1] 回复 [0]
  11. 3271795

    @醉步男

  12. 3271798

    看到一半,那个消相干出现后我就晕了

  13. 3271812

    看到标题就知道我是看不懂了

  14. 3271819

    外星人不看我,肯定不知道我在哪,一看就会改变我,我的位置就固定了

  15. 3271827

    所谓观察者就是可以记录信息的东西,并不一定是有意识的人。而记录被记录就意味着熵增,所以时间的流向总是和熵增一致。

  16. 嗬呵赫
    @12 months ago
    3271830

    以前我还会假装看懂一部分。

  17. 3271843

    这是新理论….?我一直这样认为的耶….

  18. 3271845

    @xx:
    表示肯定
    感觉退相干与热有联系
    由于我观察了某粒子集合就会产生热, 不是粒子集合就是我的脑, 总之产生了热这时相干性也就消退了

  19. 3271853

    物理学是真正与人类息息相关的科学,以至于终极的物理学已经到达了哲学的领域

  20. 3271871

    我认为时间就是衡量老化速度的砝码。

  21. 零下伊度
    @12 months ago
    3271876

    每个字都看得懂,意思我也看得懂,但是细思下就完全不懂了…

  22. 3271882

    退相干……退相干……翻译成消相干好奇怪的~

  23. 哲学大叔
    @12 months ago
    3271912

    假设高中就能看懂偏微分方程的话,现在还能看懂这些数学公式,讨论还有意义.否则就只能听听解释了.<==>等价 命题 : 看起来很哲学,因为不懂数学.

  24. OM雷帝嘎嘎
    @12 months ago
    3271954

    @嬉皮士: 顶级的物理学家都是二流哲学家,你难道不知道?

  25. 3272030

    观察者奥尔加隆…他的确发表过关于时间的讲演……

  26. 3272133

    静止的是时间,流逝的是我们

  27. 耶路萨雷姆
    @12 months ago
    3272318

    看过一篇关于“超级粒子”的文章 觉得可以解决目前所有问题 还有 想研究终极奥义 上帝是不会让你得逞的

  28. 3272391

    退相干不理解的话,打个比方,嘈杂的环境里说悄悄话,所有声音就好比处于叠加态,但是对于听者来说,悄悄话的内容还是能够听到就好比退出了叠加态。退相干,退就是退出叠加态,相就是相位,干就是干涉。

  29. 过客007
    @12 months ago
    3272412

    “但是一旦超越了量子尺度,微观粒子就开始与其它的物质产生作用。量子力学变得不再适用”,这一句有问题。
    量子力学任何尺度下都是适用的,只不过在宏观尺度下,有更为简单的近似理论——经典的牛顿力学。当然,这里不考虑相对论效应,如果考虑的话,甚至在微观尺度,量子力学都是不适用的。
    简单说来,量子效应任何时候都存在,相对论效应也是任何时候都存在,所以要精确描述物理规则的话应该把两者结合起来,只是这样会很复杂,而在通常尺度下,用更简单的牛顿力学就足够精确了;但在微观尺度下,牛顿力学的结果完全是错的,必须考虑量子效应;而在大尺度下,牛顿力学也是错的,必须考虑相对论效应;在某些特殊情况下,比如黑洞,两种效应都很强,所以就麻烦了……

  30. 完美萋萋
    @12 months ago
    3272527

    一直很不开心的是我被告知自己是会死的
    如果我不知道这件事,我就从不会苦恼这个啊!为什么要告诉我?让我有这种顾虑?!

    我也并不想知道时间是会流失的,我只需要注意事情是需要进行的就好

  31. 3272574

    @冈部仑太郎

  32. 3272708

    要是宇宙中的各大作用力都消失了,粒子的位置不再变化就可以认为时间停止了,但是量子力学不是说粒子的位置是概率性无法测的么,是不是意味着时间永不停止?

  33. 唯物流氓
    @12 months ago
    3272738

    对于观测者来说,两个相对静止的物体,就是时间停止了。

  34. 3272837

    @完美萋萋:
    佛说譬喻经——生死真相

    世尊说:从前有这么一个人。在荒野中旅行时被凶猛的大象追逐,无依无助,害怕的很。见到一口枯井,有一颗树根垂入其中。于是就顺着这个树根到井中藏匿。这时候有黑白两只老鼠在上面咬这颗树根。而井的四壁有四条毒蛇,想要咬蛰这个人。井底有一条毒龙守候。他害怕毒龙、毒蛇,更怕树根折断。这个时候见到树根有蜂蜜,就尝了五滴。由于树木摇动,蜜蜂惊醒,就来蛰他。此时又出现野火,燃烧树根。

    胜光王问:为什么这个人受到如此种种苦痛,还贪欲这么点美味呢?

    世尊说:大王,旷野就如无明黑暗没有尽头。大象比喻无常。井比喻生死。树根比喻生命。黑白二鼠比喻昼夜、时间。他们随时不停地吞噬着生命的‘树根’,早晚这个树根都会被咬断。而四毒蛇比如四大,蜂蜜比如五欲快乐,蜜蜂则如邪思邪见。野火比喻老病,或许不等老鼠咬断树根,火就烧断了它。毒龙则比喻死亡。树根早晚会断。人们早晚会死。

    所以大王,要知道生老病死是十分可怖的。应当常常警惕,不要被五欲所吞噬逼迫。

      旷野无明路  人走喻凡夫
      大象比无常  井喻生死岸
      树根喻于命  二鼠昼夜同
      啮根念念衰  四蛇同四大
      蜜滴喻五欲  蜂螫比邪思
      火同于老病  毒龙方死苦
      智者观斯事  象可厌生津
      五欲心无著  方名解脱人
      镇处无明海  常为死王驱
      宁知恋声色  不乐离凡夫

  35. 3273874

    感觉有些东西只要解释出来就很容易偏离原有的意思,特别是术语名词,在普通人看来就像密码索引。

    有些简单又不简单的东西,经过解释翻译后就感觉没什么可读性了。就像文明流失,时代更迭照成信息丢失。

    也许在早些时的成果已经适用,然而经过一段时间,读取环境发生改变,读取信息所带来的知识也发生了改变。

    也许这就是时间的错觉

  36. 3274149

    道可道,非常道。文字和语言,只是世界万物的其中一部分,部分如何能描述整体?所以道理需要自己去悟,而无法通过语言和文字传授

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