时间流逝是幻觉吗?

2018-08-25 14:05:50  环球科学
本文作者:泽亚·梅拉利(Zeeya Merali)

时间流逝是幻觉吗?

2018-08-25 14:05:50
作者:泽亚·梅拉利(Zeeya Merali)
来源:环球科学
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在爱因斯坦的广义相对论里,时间流逝只是一个幻觉,过去和未来的定义则取决于观测者。然而这显然违背直觉,但如何反驳呢? 

乔治·埃利斯认为爱因斯坦走得太远了——未来还未定。
乔治·埃利斯(George Ellis)并不害怕对抗权威。作为开普敦大学的宇宙学家,埃利斯把自己的目光放到了更为抽象的事物上:时间本身的流逝。
 
阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)在20世纪早期首次提出,传统理论认为的时间流逝只是一种错觉。过去和未来之间并没什么不同,都早已成定局。然而对于埃利斯来说,这种主流理论的哲学含义并不和我们的直觉相违背;他这种认为传统的想法是很危险的,因为他们剥夺了我们的自由意志与道德责任。埃利斯的科学目标是把时间带回物理学领域,让宇宙可以创造自己的未来,并赋予我们改变命运的能力。
 
乔治·埃利斯认为爱因斯坦走得太远了——未来还未定。
 
块宇宙假说
 
17世纪时,在牛顿的著作《自然哲学的数学原理》里,这位伟大的英国物理学家构建了一套符合我们日常经验的时间观。他描绘了一块宇宙中通用的时间机器,它的滴嗒声让整个宇宙的时间在每一秒、每一分钟、每一小时里均匀地流逝。在牛顿的观念里,不论你的位置和运动状态,你都会同意埃利斯在剑桥大学三一学院的长凳上花了十分钟喝完了咖啡。而每隔15分钟,他都能听见三一学院华美钟塔的铃声,这座钟塔早在年轻的牛顿第一次踏进校园的半个世纪前就矗立在这里,精准地记录着时间的流逝。
 
1905年,爱因斯坦推翻了牛顿的宇宙存在绝对时间的和谐图景。取而代之的是不协调的、相对的时间观,该观点认为不同的人对同一事件的持续时间可能有不同的感知,甚至不同事物的发生顺序也不一致。年轻的爱因斯坦意识到,时间事实上是我们所观察到的三维空间之外的第四维度,也在此基础上创造了被称为“块宇宙”(block universe)的现实图景。
 
埃利斯认为,为了解释块宇宙是怎么一回事,你可以想象对一个地点进行连续拍照,比如剑桥的学生们带着书本去参加考试,忧心忡忡地走过三一学院的场景。如果你将拍摄的照片一张接一张地顺序播放,你可以将其制成一部电影,时间在其中自然地流逝,这与我们对时间流逝的感知一致。但如果你将照片全部堆叠在一起,学生们穿过院子的过程将一次性完整地展现在你眼前。第二种情况就与块宇宙的观点类似,过去、现在和未来是同时存在的,时间流逝一说并无意义;所有事件都是相互并存的。
 
当然,一组照片只能展示沿着时间拍摄到的空间的两个维度。将其扩展到整个宇宙的三维空间,还要包含宇宙全部的历史以及未来会发生的所有事,这样就能得到爱因斯坦理论下完整的块宇宙,就像一份静止的记录,包含了所有曾经发生和将要发生的所有事件。
 
埃利斯强调,块宇宙与播放一段连续时刻的电影不同,块宇宙因为其中没有一个明确的时间点可以用来标明“现在”,不同的个体对哪个时刻属于“现在”的认知并不一致,不存在一个独一无二的标记来区分已经固定的过去和开放的未来。就像两个学生坐在院子里的不同角落,从他们各自的角度看到的三一学院的钟塔的影子长度不相等,对于时间来说也是一样:爱因斯坦意识到在块宇宙中时间也只是另一个维度,那在时空中不同位置的观察者对于同一个事件的持续时间可能有不同的意见。也许有人会准确指出埃利斯花在喝咖啡上的时间不只10分钟。
 
不仅如此。在爱因斯坦的块宇宙中,不同的观察者看到的事件的发生顺序也可能不同,就像院子里不同位置的学生对于埃利斯是在钟塔的左侧还是右侧会有不同的看法。一个人觉得埃利斯在钟塔敲响下午2点的钟声之后才喝完咖啡,而另一个人觉得喝完咖啡的时间在2点之前。这些差异完全取决于观察者在块宇宙中运动的速度和方向,因为这会影响这些事件发出的光到达观察者所需要的时间。以人类所能达到的速度来说,这种差异小到难以察觉,但已经被在国际空间站和高速飞机上所做的实验证实。
 
那么在块宇宙中,对一些人来说是未来的事在另一些人看来其实是过去,这要取决于观察者的位置和运动状态。未发生的事件对另一些人来说已经发生。未来对于你来说可能是未知数,但却早已成定局。爱因斯坦自己是这样描述的:“对我们这样相信物理的人来说,过去、现在和未来之间的差别只是一种顽固而持久的错觉。”
 
大多数物理学家已经学会接受爱因斯坦的宇宙观点以及宇宙的基本方程,确定所谓时间的“前进”方向是任意的,但埃利斯的直觉认为还有更深的次层需要研究。他说:“我回到这里尝试研究对事物真实的感受”。
 

责任编辑:微科普

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