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過去?，F(xiàn)在,。未來。在物理學(xué)里,，它的名字叫做時(shí)間,。 對(duì)你，對(duì)我,，對(duì)任何一個(gè)人,。時(shí)間之箭始于期預(yù)，貫穿經(jīng)歷,，埋入回憶,。 但是最新科學(xué)理論認(rèn)為，時(shí)間之所以流逝,，是因?yàn)槿祟惖扔^察者的存在,。每個(gè)人都有屬于自己的時(shí)間。
時(shí)間之箭的問題已經(jīng)我們已經(jīng)討論了數(shù)十年,。不是懷疑它是否存在，而是在弄清它前進(jìn)的方向,。許多物理學(xué)家認(rèn)為,，時(shí)間在量子尺度的微小粒子中開始，當(dāng)微小粒子相互作用影響到了宏觀世界,，它所在的空間中就出現(xiàn)了時(shí)間,。一百年前，愛因斯坦在德國《物理年鑒》(Annalen der physik)上發(fā)表了狹義相對(duì)論與廣義相對(duì)論的論文,。他告訴我們時(shí)間是相對(duì)的,，與觀察者在空間里的運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)。 而今年將被同一刊物收錄的一篇論文中(目前可在arXiv.org閱讀),，兩位科學(xué)家指出,，引力的強(qiáng)度不足以讓宇宙中的一切事物按照過去>現(xiàn)在>未來的方向走下去。換句話說,，時(shí)間之箭只屬于觀察者自己,。 要試圖理解這個(gè)問題，讓我們先回到目前物理學(xué)面臨的最大挑戰(zhàn)——量子力學(xué)與經(jīng)典力學(xué)的結(jié)合,。量子力學(xué)中的微觀粒子可以存在于兩個(gè)地方,，只有被觀察到的時(shí)候才會(huì)具有固定位置。這被叫做“疊加態(tài)”,。 但是一旦超越了量子尺度,，微觀粒子就開始與其它的物質(zhì)產(chǎn)生作用,。量子力學(xué)變得不再適用，引力的存在也變得更加明顯,，整個(gè)物體在數(shù)學(xué)上進(jìn)入了經(jīng)典力學(xué)的范疇,。伯克利物理學(xué)家Yasunori Nomura表示，“單個(gè)電子與原子的位置是由概率決定的”,，但當(dāng)它們組成了更大的物體(如乒乓球),，這些單獨(dú)的概率融為一體，這個(gè)物體也進(jìn)入疊加態(tài)的可能性就明顯消退(你不看乒乓球的時(shí)候它一般仍在那里),。 因?yàn)樵谖锢韺W(xué)上沒有位置來進(jìn)行比較,，時(shí)間對(duì)于只存在于概率中的粒子沒有意義。當(dāng)這些圍觀粒子聚合在一起,，經(jīng)過一個(gè)叫做退相干(decoherence)的過程后,，經(jīng)典力學(xué)取代了量子力學(xué)。時(shí)間的方向也在這個(gè)地方才顯現(xiàn)出了意義,。因此,，大多數(shù)物理學(xué)家認(rèn)為時(shí)間之箭始于“退相干”。
有關(guān)退相干最著名的詮釋是一個(gè)惠勒-德維特(WdW)方程的理論,。1965年的一天,，物理學(xué)家John Wheeler在機(jī)場等中轉(zhuǎn)的飛機(jī)，并把他的同事Bryce DeWitt叫來消磨時(shí)間,。他們熱烈地討論著各種理論,，忽然想出了一個(gè)能模糊量子與經(jīng)典力學(xué)之箭的界限的公式。 這個(gè)公式并不完美,，但它幫助了人們理解退相干與另一個(gè)叫做量子引力的理論,。WdW公式給人們提供了結(jié)合宇宙中宏觀與微觀部分的道路。 而這個(gè)公式中,，表示時(shí)間的變量并不存在,。
五十年后，物理學(xué)家Dmitriy Podolskiy與生物學(xué)家Robert Lanza寫下了本文正在討論的那篇論文,。他們聲稱在WdW方程中,，引力的影響不足以對(duì)宇宙時(shí)間的方向造成影響。Lanza表示,，“如果你計(jì)算一下,，你會(huì)發(fā)現(xiàn)這個(gè)公式?jīng)]有解釋時(shí)間的方向從何而來?！痹诠J(rèn)的理論中,，微觀粒子在被引力控制之前都保持著自己的時(shí)間方向。但如果引力不足以在退相干的過程中控制住這些物質(zhì)的相互作用,，則由微觀粒子組成的大型物體也就不具有統(tǒng)一的時(shí)間方向,。 在這種情況下,，時(shí)間并不是客觀存在的。時(shí)間會(huì)流逝,，只是因?yàn)槲覀儽簧聛硪院?，就在生理上、神?jīng)上與思想上帶有“體驗(yàn)”此類光陰的能力,。想象一只巨大的薛定諤貓,。在宇宙中一個(gè)沒有觀察者的角落，時(shí)間可能是從前往后走,。但人類一旦把望遠(yuǎn)鏡指向哪里,，時(shí)間就會(huì)顯現(xiàn)出我們習(xí)慣的方向。Lanza說,，“愛因斯坦在他相對(duì)論的論文中表示,，時(shí)間對(duì)觀察者來說是相對(duì)的，我們的理論走得更遠(yuǎn),，說時(shí)間是被觀察者創(chuàng)造出的,。” 這并不是一個(gè)全新的理論(意大利物理學(xué)家Carlo Rovelli去年發(fā)表了同一題材的論文),，它也并未得到廣泛認(rèn)可,。Nomura點(diǎn)出，如果在數(shù)學(xué)上排除系統(tǒng)中的觀察者后還能定義時(shí)間的概念,，才能說明“觀察者時(shí)間”是真實(shí)的,。但論文作者表示，因?yàn)樗泄绞怯扇诉@個(gè)觀察者歸納出的,，觀察者無法在任何公式中被排除。 Nomura還認(rèn)為論文作者沒有考慮到整個(gè)宇宙都存在于時(shí)空(spacetime)這樣一個(gè)無相干的系統(tǒng)之中,。他只是不贊同論文的結(jié)論,，并不打算說這個(gè)理論是錯(cuò)的。畢竟在很長一段時(shí)間里,，物理仍將是門不完善的科學(xué),。 |
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