時間是存在的，還是幻覺？

物 理學或任何科學最重要的方面之一，就是始終對領先的物理理論提出最大的挑戰。你可以挑戰先前的結果，你可以挑戰用於獲得它們的方法，你可以在具有潛在適用性的新制度中炮製新的測試，你甚至可以挑戰它們背後的假設。當談到我們對宇宙的理解時，我們認為我們居住在一個被稱為時空的四維「結構」中，具有三個空間維度和一個時間維度，所有這些都密不可分地交織在一起。

當然，所有這一切都假設時間本身是一個真實的東西：物理上是真實的，本質上是基本的。但這些假設一定是正確的嗎？在他們周圍有什麽可能的方法，時間可能只是一種幻覺，盡管是一種令人信服的幻覺嗎？這就是戴夫·德魯斯（Dave Drews）想知道的，正如他在信中問的那樣：

「我們都聽說過一個哲學問題，'如果一棵樹倒在森林裏，周圍沒有人聽到它的聲音，它會發出聲音嗎？'有些人認為時間是一種幻覺，是人類思想和經驗的建構。如果這是真的，那麽如果周圍沒有眾生去體驗，時間還存在嗎？

這是一個棘手的問題，我們有很多方法可以解決這個問題。讓我們盡量全面地解決這個關鍵問題：時間存在嗎？

時間的本質

就在20世紀初，我們曾經認為，那個時代對每個人都是一樣的。無論你身在何處，你移動的速度有多快，或者你何時測量它，每個人，無論何時何地，都會同意時間是什麽：我們將測量它的透過速度，對每個人來說都是相同的，相同的。但是，雖然我們可以：

事實證明，回答任何兩個事件之間「已經過去了多少時間」這個看似簡單的問題，畢竟對每個人來說都不一樣。

愛因史坦教給我們的是，回答這個問題，從任何事件的開始到結束，很大程度上取決於你所處的位置以及你在進行這些觀察時是如何移動的。例如，如果你在一列行駛的火車上，你從火車的一端射到另一端（或向上到天花板，然後向下到地板）發射光波，你將獲得一個特定的值，說明光線到達火車的另一端需要多長時間。然而，如果你在一個月台上，看著火車上的人從一端射向另一端，你會得到與火車上一起移動的觀察者不同的答案。

對於行駛中的火車上的人，他們將測量光必須經過一定的時間才能傳播到火車的遠端。但對於地面上的人來說，他們不僅會得到一個不同的、更長的答案，而且他們會得出結論，火車上的人（以及，就此而言，一切）實際上比他們衰老得更慢。對於靜止的觀察者來說，運動中的物體比靜止的物體老化得更慢。

造成這種現象的原因是，自然界中的「絕對」量既不是空間也不是時間，而是真空中的光速：某物可以同時穿越空間和時間的最大速率。事實證明，你在空間中的運動越大，你在時間上的運動就越小，反之亦然。這意味著，如果你想隨著時間的推移最大限度地發揮你的運動，你將保持絕對靜止;任何與你相對運動的人都會經歷較慢的時間流逝。

對於地面上的觀察者與火車上的觀察者相比，它們的測量值會有所不同，但彼此之間始終不同。當您計算一個觀察者相對於另一個觀察者經過的時間時，每個觀察者不僅能夠正確預測他們自己的手表和時鐘的內容，而且還能夠正確預測另一個觀察者的內容。所需要的只是狹義相對論的知識。

我們感知的時間

當談到我們的感知時，我們知道「體驗」時間的流逝是什麽感覺。即使時間是相對於觀察者而言的，這仍然意味著它的存在，它只會給它所擁有的內容增加一點反直覺：它的相對性，這是一個我們在很大程度上不熟悉的內容，因為與光速相比，我們通常在空間中移動得很慢。然而，值得考慮的是另一個想法：我們對時間流逝或存在的感知只是一種幻覺，除了我們用來測量時間流逝的基本「時鐘滴答聲」之外，還有其他一些現象驅動。

一個有趣的角度是研究物理學中的對稱性概念。諾 特定理 是所有物理學中最深刻的定理之一，它將物理學中的對稱性與守恒的物理量聯系起來。最簡單的物理系統之一就是彈跳球。如果你看一部球在重力影響下落下的電影，你不知道，在所有條件相同的情況下，你是否：

這是因為運動定律遵循所謂的時間反轉對稱性：無論你在時間上向前還是向後執行時鐘，這些定律都是一樣的。

不僅僅是運動定律服從時間反轉對稱性，幾乎所有的物理定律都具有這種對稱性。我們宇宙中的四種基本交互作用中的三個——重力、電磁，甚至強大的核力——都服從這種時間反轉對稱性。無論你在時間上向前還是向後執行時鐘，它們所遵循的定律都是一樣的，僅僅透過觀察系統中的粒子在這些定律下演化，你就無法辨別時間流向哪個方向。

然而，事實證明，有兩種方法可以辨識在時間上向前或向後執行的系統之間的物理差異。第一種是透過觀察透過弱核力進行的反應，例如放射性衰變。想象一下，你有一個重原子核，充滿了質子和中子。如果與存在的質子數量相比，該原子核中有大量的中子，那麽原子核就有可能經歷一種特定型別的放射性衰變：β衰變。

β衰變是當原子核中的一個中子衰變成質子、電子和反電子微中子時發生的情況，這發生在許多元素和同位素上。此外，它甚至發生在不屬於任何較大原子核的自由（未結合）中子上。

中子衰變成質子、電子和反電子微中子的情況經常發生。但質子、電子和反電子微中子自發地反應在一起形成中子的情況 從未 發生過。事實上，在許多方面，弱交互作用是物理學中時間不對稱反應的典型代表。不僅僅是中子中的β衰變違反了時間反轉對稱性，而且所有衰變都是由弱交互作用驅動的。

然而，辨識系統在時間上是向前還是向後執行的第二種方法更為常見和熟悉。每次我們都會做這樣的事情：

我們創造了一種情況，即我們系統的熵增加了，或者時間的熱力學箭頭向前跑了。

你可能聽說過熵的概念，它是所討論的物理系統的「無序度量」，但內部發生的事情要深刻得多。在任何系統內部，都有某種型別的能量梯度。未炒雞蛋在蛋白（雞蛋的「蛋白」）和蛋黃之間具有能量梯度，蛋黃周圍的屏障阻止它們混合。未煮熟的雞蛋在其分子中儲存了勢能，當您烹飪它們時，會釋放出（化學）能量，形成新的鍵並改變雞蛋的結構。玻璃或瓷器的結構中存在勢能，每當它破碎時，勢能就會釋放出來。

然而，雖然時間的熱力學箭頭總是指向前方——一個封閉的、孤立的系統的熵永遠不會減少，只會增加——但這 要麽導致時間的流逝，要麽與感知到的時間流逝有關 ，這是不正確的。我們可以透過人為地降低系統內的熵來測試這一點，它不是封閉和隔離的，而是透過向系統輸入能量來減少系統內的熵。例如，我們可以取一個充滿冷熱顆粒的房間，在房間裏放置一個隔板，每次都允許在隔板上開一個洞：

並在所有其他情況下保持分隔線關閉。從一個溫度均勻的大房間到有兩個獨立房間的狀態，一個在左邊充滿熱粒子，一個在右邊充滿冷粒子，代表著熵的急劇減少。然而，如果你擁有任何一種從任何房間內的任何地方測量時間流逝的方法，你會發現你的感知根本沒有告訴你時間在倒流，即使熵在減少。

換句話說，我們對時間流動的感知——對於任何觀察者來說，它以每秒一秒的速度向前移動——與時間的熱力學箭頭以及熵的增加（或不增加）無關。

時間是幻覺嗎？

那麽，古老的哲學問題呢，「如果一棵樹倒在樹林裏，周圍沒有人，它會發出聲音嗎？正如 巴特·辛普森（Bart Simpson）正確指出 的那樣，它絕對如此。雖然哲學思想是「聲音」沒有「聽眾」就無法存在，但我們現在知道，聲音只是由粒子的集體運動組成的壓力波：無論是透過空氣、水還是固體地球，它的存在獨立於是否有聽眾（或觀察者）在那裏親身體驗「聲音」效果。宏觀現實存在，無論是否有觀察者在那裏觀察它。

然而，這個想法在量子水平上並不普遍正確。自 19 世紀以來，有一個著名的實驗——以多種形式進行：雙縫實驗。如果透過兩個狹縫發送波，例如水波，則傳播的波部份將在另一側產生幹涉圖案。這不僅適用於經典波，也適用於光子、電子和任何其他表現出波狀特性的量子粒子，即使你一次一個地將它們發送到雙縫中。

然而，如果你測量每個光子或電子透過的狹縫，你根本不會得到幹涉圖案;只有兩「堆」粒子。就好像大自然知道你是否在觀察它一樣。

時間也是如此嗎？難道時間本身就不存在，除非——直到——有一個觀察者在那裏測量它？

這似乎不太可能，我們可以指出一個深刻的原因：對早期宇宙的直接觀測。我們從物理定律中知道，在宇宙的早期階段，根本沒有觀察者。為了帶來任何能夠觀察任何東西的東西，需要許多事件才能展開，包括：

所有這些過程至少需要幾億年才能完成，考慮到生命的出現和前進演化是多麽緩慢，可能需要數十億年。然而，當我們眺望遙遠的宇宙時，我們看到的證據表明，所有這些事情都發生在很久以前：早在周圍有任何觀察者之前。這為我們提供了非常有力的證據，證明時間在真實的物理意義上存在，早在任何觀察者出現之前。有了現代天文台，我們可以隨時回過頭來檢視這些證據——從宇宙微波背景到豐富的輕元素，再到有史以來最早的恒星和星系。

時間可能是虛幻的一種方式是：它仍然有可能是我們所說的宇宙的 湧現 內容，而不是基本內容。我們認為空間、時間和粒子（量子）是宇宙中的基本實體，而可以從它們進一步推匯出來的量——例如熵——是湧現內容。然而，有一些替代的公式在數學上是可行的，你可以做一些事情，比如把熵當作基本的東西，然後其他內容，包括時間，可以推匯出為湧現的。盡管從物理的角度來看，時間和熵都明視訊記憶體在，但不一定清楚哪個是基本的，哪個是湧現的;這不是我們目前知道如何測試的東西。

然而，我們可以非常自信地認為，時間確實存在，至少在某種程度上是這樣。當物理學詢問某物是否存在時，我們通常會問的問題包括：

從量子到宏觀再到宇宙，當涉及到時間時，所有這些問題的答案都是「是」。盡管它的行為有許多奇怪之處，而且我們試圖賦予它的任何定義（類似於能量）都存在許多不足之處，但我們所能觀察到、測量和測試的關於它的一切都指向了它的真實性。如果它真的是一種幻覺，那麽它甚至愚弄了我們迄今為止理解我們物質存在的最佳方法。

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