时间不存在,或有无数个时间

2015-06-06 17:40:11
分类:未分类
时间不存在,或有无数个时间时间不存在,或有无数个时间

李淼

关于时间我写过很多,经常强调的无非周期运动:一天就是日出日落再日出,一秒就是一个长度大约25厘米钟摆的一个来回。在狭义相对论中,光在两个镜面之间跑一个来回可以严格定义时间,因为光速不变。

这些都没有错。但到了广义相对论,时间就变得很尴尬了,不同地点的时间无法做严格对比,没有可以整体定义的时间。这样,每个空间点就有自己的时间。这还不算,每个空间点上的时间可以随意定义,这就导致时间“不存在”,既然没有整体时间,当你说“此刻”宇宙如何如何是什么意思?

爱因斯坦说,时间只是随意的标记,“此刻”是随意的,因此也就和任何其他一刻没有区别。难道时间真的不存在了?也不是。只有在我们对比两个不同的宇宙形态的时候,时间才有意义,不过,时间也只是随意拿来标记两个不同宇宙形态的记号而已。

如果将量子力学加进来,时间干脆彻底消失了。如何理解“时间彻底消失”?

在量子力学中,有一个与时间关系密切的物理量,就是能量。一个物体的能量越大,它的固有频率就越大,也就是说它的固有周期就越小。这很像我们对弹簧的直觉:如果弹簧的内在能量越大,它振动起来就越快。量子力学告诉我们,任何物体都是一个弹簧,一张桌子,一个基本粒子。因此,当一个基本粒子很重时,它的固有周期就很短,用它来计量时间就越精确。事实上,石英钟是这个原理,原子钟也是这个原理,利用的都是石英或原子的“固有能量”。

扯远了,我们回到广义相对论时间彻底消失这个问题。在广义相对论中,宇宙的总能量为0,没错,所有物体的能量加上引力能量等于0。将量子力学用在整个宇宙上,固有周期无限大,也就是说,宇宙的量子态在任何有限的时间内没有变化!

问题来了,你我都知道宇宙在演化,这和量子力学矛盾啊?可是,量子力学的预言和爱因斯坦认为时间没有绝对意义正好吻合。如何调和量子力学与我们的直觉呢?

调和来自于爱因斯坦对时间的理解:时间虽然不存在,但宇宙的状态可以不同,两个不同的宇宙状态对比起来就出现了时间。

我们用以下这个例子打比方:一只表的时针可以指向不同的方向,这些不同的方向其实是时针的状态,但我们可以人为地将时针向上称为0点,时针向下称为6点。

现在,如果我沿着珠江跑步,腕上有一只土豪送的百达翡丽。当分针向上的时候,我在海印桥,分针向下的时候,我在猎德桥,我的位置和分针的对应关系,就成为描述我的运动的公式,注意这里没有时间,只有我的位置和分针指向的纠缠。

因此,物体的两个量之间的纠缠之中出现了时间!同样,宇宙的状态有无数个量,如果我们挑出其中一个量,这个量就可以叫做时间,其他量与其纠缠就成为演化。另外,空间上每个点上的任何一个量都可以看成时间,这样就有无数个时间,与广义相对论也一致。

最后,宇宙的量子态只满足一个方程,这个方程决定宇宙所有物理量是如何纠缠的,但这个方程没有时间,只有物理量。当然,任何一个物理量可以拿来当成时间。

不过,我们还没有找到解这个方程的办法。
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名家简介
李淼简介:
男,1962年10月出生。中国科学技术大学交叉学科理论研究中心教授,研究方向包括超弦理论、量子引力等。
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