時間:是物理還是幻覺?

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愛因斯坦認為,時間只是幻覺。 圖片來源:路透社
愛因斯坦認為,時間只是幻覺。 圖片來源:路透社

過去、現在、未來,日常習用無誤的時間觀,在物理學界原來大有爭議。時間是純粹主觀感受,還是客觀物理條件?宇宙之中,時間究竟有無位置?時間是否必須單向?因果律是否必然?未來與過去有甚麼關係?從各個物理流派的假設出發,熟悉的時間突然變得陌生。

愛因斯坦說:「過去、現在、未來只是一連串固執的幻覺。」的確,根據廣義相對論(以及量子物理標準模型)的世界觀,時間依循「反演對稱」(time-symmetric):無論時間怎樣變改,物理定律都不會因而改變。換言之,人類活在一個時空恆定的「封閉宇宙」(block universe),所謂「流動」的時間其實是心智產物,而非物理條件。

「主觀時間」立論基於「靜止宇宙假設」,有物理學家反對,認為時間是客觀的。以色列物理學家及哲學家 Avshalom Elitzur 就批評:「下個星期四和今個星期四是不一樣的,未來根本不存在。」「時間再生」(Time Reborn)一書作者、物理學家 Lee Smolin 則表示,未來此刻並非真實,關於未來,毫無事實可言。「唯一真實的,是當下事件引發未來事件的過程。」

如果說物理定律不受時間影響,獨立存在,那麼因果律就岌岌可危。例如,一隻雞蛋可以變成一隻碎蛋,但碎蛋不會自動變回雞;如若物理定律隨意遊走過去未來,那麼碎蛋就可以「變回」雞蛋。將熱力學第二定律(熱量由高溫物體流向低溫物體)應用於統計學則會發現,一個孤立系統傾向愈趨混亂(所謂「熵增」),而過程是不可逆轉的,因此,時間既有指標作用,「時間之箭」(arrow of time)是不可逆轉的。

不過,為甚麼宏觀世界的運作是熵增而不是「熵減」?有物理學家提出所謂「過去假設」(past hypothesis)解釋,大爆炸創造了一個低熵值的宇宙,低無可低,唯有一直增加。等於說,今日人類之所以能夠順利煎好一隻雞,其實得力於 140 億年前一次爆炸。不過,亦有物理學家認為說法無助解釋現象,只是將難題(再一次)歸因於原初事件。

另有一種說法,認為重力--而非熱力--即可解釋單向時間。物理學家 Tim Koslowski 設計出一個極簡世界模型,其中只有 1,000 個針狀粒子,跟隨牛頓重力定律運作。實驗發現,模型必然會出現一個密度最高而複雜度最低的時刻,如果從該處移開,複雜度則會增加,而人類身為一種複雜生物,只能從最簡略處演化而來。「宇宙並不複雜的時候,大可稱之為『過去』。」複雜化帶來「穩定化」:物質會排列成特定組織,留下歷時紀錄。重力是大前提,然後才有其他條件,釀成化石和年輪之類的紀錄。「複雜的世界比簡單的世界蘊藏更多訊息,這是為甚麼我們只記得過去但不記得未來。」據此說法,時間是主觀而單向的。

如果上述說法令人想起笛卡爾「我思故我在」的進路,那麼物理學家可能也讀過黑格爾。不少物理學家試圖化解封閉宇宙與時間的緊張關係,例如 George Ellis 提出,宇宙既是封閉亦會演變,每當時間過去,時空就會增長,「演變封閉宇宙」(evolving block universe)模型認為,過去是固定的,未來則不確定,現在則是「不確定的未來變成固定過去的瞬間。」「時空因果論」(causal set theory)則指,雖然宏觀而言,世界看似流動,但在粒子層面,宇宙其實是由「時空粒子」序列構成:粒子塑造出時空容量,序列則衍生出時間。理論假設,時空粒子會不斷湧現,層層堆疊。時間作為世界基本條件,是「轉化生成」的(becoming)--恰如黑格爾的論調。

一如其他大哉問,物理學界對時間的本質並無共識。然而不管主觀客觀,我們都切切實實活在有回憶有計劃的世界。採信封閉宇宙還是未來開放,分別只是在於:當我們撞到頭,會埋怨上一秒叉錯腳,抑或認定是未來的錯。