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时间不是自己独立存在的,应该承认,离开了事物的活动,人们就不能感受到时间本身。
——卢克莱修,《物性论》
有心的读者想必已经注意到,在上一章中我们几乎没有考虑时间。然而爱因斯坦在一个多世纪前就证明,我们不能把时间和空间分割开来,我们必须把它们当成一个整体即时空来考虑。是时候修正这点,把时间带回到我们的视野中了。
量子引力在围绕空间方程进行了很多年研究之后,终于有勇气直面时间这一难题了。在过去十五年间,一种思考时间的新思路出现了,下面我会试着解释一下。
在量子引力里作为物体无固定形状的容器的空间从物理学中消失了。物体(量子)并不占据空间,它们彼此依存,空间由量子间的相邻关系织就。正如我们放弃了空间是固定不变的容器这一观念,类似地,我们也必须放弃时间是固定不变的,实在随时间展开这一观念。物体存在的连续空间消失了,现在,现象发生于其中的流动的时间也要消失了。
在某种意义上,空间不再存在于基础理论之中;引力场的量子不在空间之中。同样,时间也不再存在于基础理论之中,引力的量子不在时间之内演化,时间只计算它们的相互作用。就如惠勒-德维特方程所证明的,基本方程中不再含有时间变量。时间像空间一样,是在量子引力场中出现的。
这一点在经典广义相对论里也是部分正确的,其中时间已经作为引力场的一个方面出现。但只要我们忽略量子理论,就仍然可以用传统的方式来思考时空,余下的部分实在就如同展开的挂毯一般,尽管这是一幅动态的不断变化的挂毯。一旦我们把量子力学考虑进来,就会意识到时间也具有任何实在所共有的那些面向:如概率的不确定性、分立性和关联性。
量子引力理论的第二个概念结果甚至比时间的消失还要极端。
让我们试着去理解。
时间不是我们想的那样
一个多世纪以前,我们就已经清楚,时间的本质不是我们普遍以为的那样,狭义与广义相对论让这点很明确。我们常识中的时间观念在实验室中是经不起推敲的。
例如,让我们重新考虑广义相对论的第一个推论,我曾在第三章中阐述过。取两块手表,确保它们记录的时间相同,把一块放在地上,另一块放在家具上。等大约半小时的时间,再把它们放在一起。它们仍然会显示相同的时间吗?
如第三章中所描述的,答案是否定的。我们通常戴在手腕上的表,或是手机上的时钟,都没有精确到足以让我们验证这个事实,但全世界的物理实验室中都有计时器,可以显示将会出现的差异:放在地上的手表要比被举高的手表慢。
为什么呢?因为时间在世界各地并不以相同的方式流逝。在有些地方流逝得更快些,有些地方会慢些。你距离地表越近,引力越大 [1] ,时间流逝就越慢。还记得第三章里的双胞胎吗?他们一个生活在海边,一个生活在山上,结果最终年龄不一样。差异十分微弱:在海边生活一辈子所获得的时间与在山上相比,只差一秒钟的一小部分——但数量上的微小并没有改变差异确实存在这一事实。时间并不是像我们通常想象的那样运转的。
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