像一场幻觉：时间可能根本不存在

时间看似稳定前进，但在物理学中却矛盾重重。量子力学、相对论与热力学给出了三种互不兼容的时间图景，而它们可能指向一个大胆结论：时间或许只是我们体验中的产物。

当我们仔细观察时间，它会变得愈发诡异。时间的本质是物理学里最古老也最棘手的问题，没有任何共识。从我们的日常感觉来看，时间像钟表一样稳定前进。但物理学越深入，画面越奇怪。部分方程认为时间可以向前也可以向后自由流动。在量子世界里，因果关系甚至会倒转。

这让人不禁怀疑，时间会不会其实是一种幻觉。

时间之所以令人困惑，是因为物理学中存在三种完全不同的时间定义，而它们很难拼在一起。

第一种定义来自描述事物变化的方程。无论是网球的运动还是原子核的衰变，这些方程都使用一种叫作坐标时间的量。它只是一个数学标签，用来标记事件发生的顺序，本身没有更深含义。

第二种定义来自爱因斯坦的相对论，时间被视为除了三维空间之外的另一个维度，是四维时空中的一个方向。在这种图景里，过去、现在与未来都同时存在，和空间中的不同地点一样真实。根据广义相对论，时间还与引力紧密相关，引力会改变时空的形状。

过去半个世纪，理论物理学的巨大努力都在试图把广义相对论与量子力学统一起来。那些试图完成统一的数学框架被称为量子引力理论。

然而，一边是量子力学把时间视作一个简单参数，另一边是相对论把时间当成时空结构的一部分，两者如何兼容，这是所谓的第一个时间难题。

量子力学的数学在微观世界有效，如原子或电子，而引力主宰的是行星和星系等宏观尺度。要让两种尺度在同一实验里都重要、都能被测量，难度极高。早期的统一尝试促使John Wheeler和Bryce DeWitt在1967年提出了Wheeler DeWitt方程，其中时间完全消失。他们试图描述的是一个不依赖时间的宇宙量子态。这让不少物理学家提出大胆猜测，时间可能根本不是真实存在。

但物理学界并没有停在那时。如今的量子引力研究对时间的处理非常多样。部分理论仍从传统坐标时间出发，然后在比四维更多的高维时空里再次加入时间概念。还有一些理论认为时间是从更基本的宇宙结构中涌现出来的。甚至有想法认为时间和空间都可能是“量子化”的。若放大到足够小的尺度，我们会看到时空呈颗粒状，由微小的“时空原子”构成。

然而，即使我们成功结合量子力学与广义相对论，还有一个关键问题没有解决：为什么时间似乎只往一个方向流动。

这就引出了第三种时间定义，来自热力学。它不把时间当维度或标签，而是一个方向，从过去指向未来。这个方向与熵的增加相关。宇宙会变得越来越无序，正像冰块融化、水珠下落这些不可逆过程一样。

但奇怪的是，在所有基本物理方程里，时间反向并不会让方程失效。数学根本看不出过去和未来的差别。尽管如此，我们的体验却告诉我们，未来和过去并不一样。

这是第二个时间难题：为何物理定律允许时间双向对称，而我们的世界却只呈现单向流动。

要理解这一点，我们可能需要更深入地走进量子领域，去看量子纠缠等奇特现象如何在底层塑造时间的方向。

本文译自 sciencefocus，由 BALI 编辑发布。