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过去,现在,未来。

在物理学中,它们都是同样的。但对于你我他来说,时间按一个方向流逝:从预期,到经历,到形成回忆。这种线性被称作时间之矢。 有些物理学家认为,因为人类和其他有着相似神经系统的生物都观察到时间的流逝,时间就是这样发展的。

时间之矢并不是个新问题。要说明下,这个问题不在于时间是否存在,而是时间发展的方向是怎样的。很多物理学家认为,当有足够多的微粒受到量子力学这种奇怪规则的控制而相互作用时,时间就产生了,并开始有了可以用古典物理学解释的行为。但在《物理学年刊》今日发表的的一篇论文中(该刊曾发表过爱因斯坦狭义与广义相对论的文章),两位科学家争论道重力不足以强到使宇宙中的所有物体沿着“过去>>现在>>未来”这个方向发展,相反,时间之矢来自观察者。

第 1 段(可获 2.14 积分)

这一切都要追溯到物理学中最大的问题之一 ,即相互交织的量子力学与经典物理学。在量子力学中,粒子可以有叠加。也就是说,一个电子可能同时存在于两个地方,而在被发现之前,没人可以确认它的存在。在量子力学中,电子的存在可能是由概率表示的。而在实验中,它们是会被检测出来的。

然而,当电子开始与许多物体相互作用时,或是散布到物体上,如灰尘颗粒、喷气式飞机或棒球,规则就发生了变化,这就像一堆空气分子。这时经典力学的规则便开始起作用,重力就变得十分重要。“电子的位置,每一个原子的位置,都处于一种概率之中。” 加州大学伯克利分校物理学家Yasunori Nomura说。可一旦它们与更大的物体进行互动,或者变成棒球这样大个的物体,这些个体概率就会结合, 所有这些集合电子位置叠加的几率就会降低。这就是为什么你绝不会看到一个棒球在左外野手手套中消失的同时又飞到击球员那里。

第 2 段(可获 2.05 积分)

量子力学与经典力学融合的那一瞬间称作退相干。 在物理学中,它也是时间的方向性在数学意义上变得重要的时刻。所以多数物理学家都认为时间之矢始于退相干。

诠释退相干最重要的理论是惠勒-德威特方程式(Wheeler-DeWitt)。1965年,一个叫 John Wheeler的物理学家在北卡罗来纳的一个机场临时滞留。为打发时间,他约同事Bryce DeWitt见见面。他们做了物理学家最爱做的事:谈谈理论,玩玩数字。两人提出了一个方程,对Wheeler来说,这个方程抹去了量子力学与传统力学间的缝隙(然而,DeWitt对此比较模棱两可)。

第 3 段(可获 1.39 积分)

这个理论并不完美,但很重要。大多数物理学家认为它是理解退相干以及所谓量子引力中那些不可思议现象的一个重要工具。

让 我们来看看哪里变得奇怪。虽然这个方程不包括时间变量 (这并不是所有的奇怪之处。时间本身是不能测量的,在物理学里它是由一个物体的位置……和时间……之间的关系来进行测量的,反正就是有些奇怪)。但是,它提供了一个框架,可将整个宇宙交织在一起。

然而,写了最近这篇论文的两位科学家说,在惠勒-德威特公式中,引力的效应在全局性的“时间之矢”现象中起作用太慢了。“如果你看些例子,再计算一下,会发现方程并没有解释时间的方向是如何出现的。” 论文的共同作者,也是生物学家和博物学家的Robert Lanza说道(Lanza 是生物中心主义的创立者,该理论认为时间和空间构建了生物感官的局限性) 。换句话说, 这些轻盈的量子粒子能够在被引力抓住之前保持自己的叠加属性。而如果说引力太弱,以至于无法保持分子间相互作用的话,就会坍缩成为宏观的物体,那么,就再也没有办法让它们在时间方面保持同样的运动方向了

第 4 段(可获 2.85 积分)

如果数学不能验证这些问题,那么就交给我们这些观测者来验证。时间之所以这样流逝,是因为由生物性、神经网络性和哲学性相结合的人类,正是这样体验它的。这就好比从宏观角度解释量子力学的薛定谔猫态实验。宇宙中某个角落或许正从未来流向过去,但当人类将望远镜对准那个方向的一瞬,它便汇入了从过去到未来的时间流。“爱因斯坦在其有关相对论的论文中曾提出,时间对于观测者来说是相对的。“Lanza说, “我们的论文对这一点进行了延伸,认为实际上是观测者创造了时间。”

第 5 段(可获 1.23 积分)

这未必是一个新的理论。意大利物理学家Carlo Rovelli去年发表在ArXiv(一个开放性物理网站)的一篇论文中就已有所提及,而且这一理论也并非没有争议。Nomura 提出其中一个缺陷就是怎样才能检验所谓“观测者时间”的定义是真实的。 他认为:“答案取决于在整个系统没有观测者的情况下,这个概念能否被数学所定义。”  论文作者们却认为,在任何方程中排除观测者都是不可能的, 因为方程式都默认是由人来导出和分析的。

第 6 段(可获 1.18 积分)

Nomura指出,作者们也没能阐明整个宇宙实际上处于一个叫作“时空”的介质中。“所以当你谈起时空,你实际上是在谈论一个已经退相干了的系统。”他并不是说论文作者们就是错的,因为物理科学一直不是个完备的系统。但他不同意论文作者们由数据分析而出的结论,毕竟和时间一样,物理学的解释也都是相对的。

第 7 段(可获 0.9 积分)

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