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，你可以挑戰獲得這些結果的方法，你可以在可能適用的新領域中設計新的測試，你甚至可以挑戰這些測試背後的假設。當談到我們對宇宙的理解時，我們相信我們居住在一個四維的「結構」中，稱為時空，它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，所有這些都假設時間本身是真實存在的：物理上真實存在，並且本質上是基本的東西。但這些假設一定是真的嗎？有沒有可能繞過它們，時間可能只是一種幻覺，盡管是一種令人信服的幻覺？這就是戴夫·德魯斯想知道的，他寫信詢問：
「我們都聽過這樣一個哲學問題：‘如果森林裏有一棵樹倒下，而周圍沒有人聽到，那它會發出聲音嗎？’有些人認為時間是一種幻覺，是人類思想和經驗的產物。如果這是真的，那麽如果周圍沒有眾生來體驗它，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它。讓我們盡可能全面地回答這個關鍵問題：時間存在嗎？
光錐的範例，即到達和離開時空中某一點的所有可能光線的三維表面。你在空間中移動得越多，你在時間中移動得越少，反之亦然。只有你過去的光錐中包含的事物才能影響你今天的生活；只有你未來的光錐中包含的事物才能被你在未來感知到。這說明的是平坦的閔考斯基空間，而不是廣義相對論的彎曲空間。
時間的本質
直到 20 世紀初，我們曾認為時間對每個人來說都是一樣的。無論你在哪裏，無論你移動的速度有多快，無論你何時測量，每個人、每個地方、每個時間對時間的看法都是一致的：我們會測量出每個人的時間流逝速度都是相同的。但事實證明，雖然我們可以：
· 測量它，
· 量化它，
· 觀察它的經過，
· 觀察並衡量其透過的後果，
但事實證明，對於任何兩個事件之間「經過了多長時間」這個看似簡單的問題，每個人的答案並不相同。
愛因斯坦告訴我們，回答這個問題「任何事件從開始到結束經過了多少時間」在很大程度上取決於你在觀察時所處的位置和移動方式。例如，如果你在一列行駛的火車上，從火車的一端向另一端發射一束光波（或向上發射到天花板，然後向下發射到地板），你會得到一個具體的值，表示光到達火車另一端需要多長時間。然而，如果你在月台上，看著火車上的人從一端向另一端發射光，你會從在火車上隨著光移動的觀察者那裏得到不同的答案。
對於以不同相對速度移動的觀察者來說，「光鐘」的執行速度似乎有所不同，但這是由於光速恒定所致。愛因斯坦的狹義相對論支配著不同觀察者之間時間和距離的轉換。然而，只要觀察者保持在自己的參考系中，每個觀察者都會看到時間以相同的速率流逝：每秒一秒。
對於行駛中的火車上的人來說，他們會測量出光線到達火車遠端需要經過一定的時間。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（以及一切事物）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衰老得更慢。
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：物體在空間和時間中移動的最大速率。事實證明，你在空間中的運動越大，你在時間中的運動就越小，反之亦然。這意味著，如果你想最大限度地在時間中運動，你將保持絕對靜止；任何與你相對運動的人都會經歷更慢的時間流逝。
對於地面上的觀察者和火車上的觀察者來說，他們測量到的數值雖然各不相同，但彼此之間的差異是一致的。當你計算一個觀察者相對於另一個觀察者的時間流逝時，每個觀察者不僅能夠正確預測自己的手表和時鐘所顯示的時間，還能正確預測另一個觀察者的手表和時鐘所顯示的時間。這只需要具備狹義相對論的知識。
這張照片顯示，哈弗勒、基廷和他們的兩台原子鐘在環球飛行中，他們在飛行中對時間膨脹進行了實驗測試。一名未透露姓名的空乘人員在一旁觀看。1972 年的這次飛行是首次直接測量定向時間膨脹的實驗，這兩項實驗都源於狹義和廣義相對論的結合。
我們感知的時間
說到我們的感知，我們知道「體驗」時間流逝的感覺。即使時間相對於觀察者而言是相對的，這也意味著時間的存在，只不過它所具有的內容增加了一點反直覺性：相對性，這是一種我們在很大程度上不熟悉的內容，因為我們在空間中的移動速度通常比光速慢得多。然而，值得考慮另一種觀點：我們對時間流逝或存在的感知只是一種幻覺，是由我們用來測量時間流逝的基本「時鐘滴答聲」以外的其他現象驅動的。
· 時間在向前流逝，重力將球從下落的位置拉下來，
· 或者時間倒流，你看到一個球之前被向上投擲，而重力阻礙其向上運動。
這是因為運動定律遵循所謂的時間反演對稱性：無論時鐘向前還是向後執行，定律都是相同的。
如圖所示，彈跳中的球可能會向右移動，每次彈跳都會損失能量，也可能向左移動，每次彈跳都會增加能量。雖然無論時鐘向前還是向後移動，牛頓運動定律都是相同的，但並非所有物理規則在時鐘向前或向後移動時都會完全相同。
不僅運動定律遵循時間反演對稱性，幾乎所有物理定律都具有這種對稱性。我們宇宙中的四種基本相互作用中的三種——重力、電磁力，甚至強核力——都遵循這種時間反演對稱性。無論時鐘向前還是向後執行，它們遵循的定律都是相同的，而且僅僅透過觀察系統中粒子在這些定律下的變化，你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時間向前或向後執行的系統之間的物理差異。第一種方法是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，裏面充滿了質子和中子。如果該原子核中的中子數量與存在的質子數量相比很大，那麽原子核就有可能經歷一種特定類別的放射性衰變：β衰變。
β 衰變是指原子核中的一個中子衰變成質子、電子和反電子微中子，許多元素和同位素都會發生這種衰變。此外，它甚至發生在不屬於任何較大原子核的自由（未結合）中子身上。
大質素原子核中核β衰變的示意圖。只有當（缺失的）微中子能量和動量被包括在內時，這些量才能守恒。從中子到質子（以及電子和反電子微中子）的轉變在能量上是有利的，額外的質素被轉化為衰變產物的動能。質子、電子和反微中子結合形成中子的逆反應在自然界中從未發生過。
但它絕不一個質子、一個電子和一個反電子微中子自發發生反應，形成一個中子。事實上，從很多方面來看，弱相互作用都是物理學中時間不對稱反應的典型代表。違反時間反演對稱性的不僅僅是中子的β衰變，所有由弱相互作用驅動的衰變都是如此。
然而，第二種辨識系統在時間上是向前執行還是向後執行的方法更為常見和熟悉。每次我們都會這樣做：
· 炒雞蛋，煮雞蛋，
· 在有暖氣的房間內開啟冰箱門，
· 或者不小心打碎了玻璃器皿或瓷器，
我們創造了一種情況，其中我們的系統的熵增加了，或者熱力學時間箭頭向前執行。
你可能聽說過熵這個概念，它是所討論的物理系統的「無序度度量」，但其內部發生的事情要深刻得多。任何系統內部都存在某種能量梯度。未炒好的雞蛋在蛋白（雞蛋的「白色」）和蛋黃之間存在能量梯度，而蛋黃周圍的屏障阻止它們混合。未煮熟的雞蛋的分子中儲存有勢能，當你煮雞蛋時，這種（化學）能量就會釋放出來，形成新的鍵並改變雞蛋的結構。玻璃或瓷器容器的結構中也存在勢能，每當它破碎時，這種勢能就會釋放出來。
當以正確的頻率振動時，酒杯會破碎。這個過程會大幅增加系統的熵，從熱力學角度來看是有利的。相反的過程，即玻璃碎片重新組合成一個完整的、沒有裂痕的玻璃，這種可能性非常小，在實踐中從未自發發生過。然而，如果單個碎片在飛散時的運動方向完全相反，它們確實會飛回一起，至少在一瞬間，成功地重新組裝成酒杯。時間反演對稱性在牛頓物理學中是精確的，但在熱力學中卻不被遵循。
· 冷粒子會從左側移動到右側，
· 熱粒子會從右側移動到左側，
在其他所有情況下，隔板都應關閉。從一個溫度均勻的大房間變成兩個分開的房間，一個房間左側充滿熱粒子，另一個房間右側充滿冷粒子，這代表著熵的急劇下降。但是，如果你有辦法從任何房間的任何地方測量時間的流逝，你會發現，盡管熵在減少，但你的感知並沒有告訴你時間在倒流。
換句話說，我們對時間流逝的感知（對於任何觀察者來說，時間都以每秒一秒的速度向前移動）與熱力學時間箭頭以及熵的增加（或不增加）無關。
這幅圖顯示了一個房間的兩面：一面是熱的，一面是冷的，兩面中間有一個惡魔，他可以開啟和關閉兩面之間的隔板。如果隔板開啟，氣體就會混合；如果氣體最初混合得很好，那麽開啟和關閉隔板的惡魔就可以對房間進行分類，即使是對於一個封閉（但不是隔離）的系統也是如此。
時間是一種幻覺嗎？
然而，這個想法在量子層面上並不普遍正確。自 19 世紀以來，人們進行了一項著名的實驗，其變化形式多種多樣：雙縫實驗。如果你將波（例如水波）穿過兩個縫隙，則傳播透過的波的一部份將在另一側產生幹涉圖樣。這不僅適用於經典波，還適用於光子、電子和任何其他表現出波狀特性的量子粒子，即使你一次只將它們一個地穿過雙縫。
然而，如果你測量每個光子或電子穿過哪個狹縫，你根本得不到幹涉圖樣，只有兩「堆」粒子。就好像大自然知道你是否在觀察它一樣。
透過設定可移動的遮光板，您可以選擇遮住雙縫實驗中的一條或兩條狹縫，觀察結果以及它們如何隨著遮光板的運動而變化。只要兩條狹縫都沒有被遮住，並且您不測量粒子透過哪條「狹縫」，您就會看到幹涉圖樣。
時間也是這樣嗎？除非有觀察者測量時間，否則時間本身可能根本不存在嗎？
這似乎極不可能，我們可以指出一個深刻的原因：對早期宇宙的直接觀察。根據物理定律，我們知道，在宇宙的早期階段，根本沒有觀察者。需要發生許多事件才能產生能夠觀察任何事物的東西，包括：
· 在反物質之上創造物質，
· 原子核的形成，
· 中性原子的形成，
· 為了產生重元素而形成多代恒星，
· 這些重元素經過大量的化學反應，形成了能夠觀測宇宙的東西。
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速度之慢，可能需要數十億年。然而，當我們看向遙遠的宇宙時，我們看到了所有這些事情都發生在很久以前的證據：早在任何觀察者出現之前。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，我們可以隨時回溯並檢視這些證據——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。
JADES-GS-z14–0 位於頂部插圖框中，位於一個更近、更亮、更藍的星系後面（右側）。只有透過分辨率極高的光譜儀才能區分這兩個光源，從而確定這個破紀錄遙遠物體的性質。它發出的光來自宇宙只有 2.9 億年歷史的時候：僅為其當前年齡的 2.1%。位於其正下方的 JADES-GS-z14–1 來自宇宙約 3 億年歷史的時候。
時間可能是一種虛幻的現象，原因如下：它仍有可能成為我們所說的宇宙的突現內容，而非基本內容。我們將空間、時間和粒子（量子）視為宇宙的基本實體，而可以從它們進一步推匯出的量（例如熵）則是突現內容。然而，有其他在數學上可行的公式，你可以將熵視為基本內容，然後可以將其他內容（包括時間）推匯出來作為突現內容。雖然從物理角度來看，時間和熵都明視訊記憶體在，但並不一定清楚哪一個是基本內容，哪一個是突現內容；目前我們還不知道如何測試。
然而，我們可以相當有信心，時間確實存在，至少在某種程度上。當物理學詢問某物是否存在時，我們通常會問以下問題：
· 你能測量嗎？
· 你能量化它嗎？
· 你能以數學自洽的方式定義它嗎？
· 它本身是一個可觀察的量嗎？
· 其他可觀測量是否也以不可分割的方式依賴於這個量？
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」。盡管時間的行為有很多怪異之處，而且我們試圖賦予它的任何定義都有很多不足之處（類似於能量），但我們可以觀察、測量和測試的一切都指向它的真實性。如果它真的是一種幻覺，那麽這種幻覺甚至欺騙了我們迄今為止理解物理存在的最佳方法。
