時間的本質——理論物理學家羅韋利的又一堂物理課_風聞

撰文 | Melinda Baldwin

翻譯 | 鄭偉

校對 | 烏鴉少年

理論物理學家Rovelli説明了為什麼對於“現在”的想法可能不像我們的大腦讓我們所相信的那麼簡單。

羅韋利於2017年在巴西發表演講（來源：Fronteiras do Pensamento，CC BY-SA 2.0）

理論物理學家卡洛·羅韋利（Carlo Rovelli）因為他在圈量子引力方面的工作而為物理學家所熟知，圈量子引力是一種將時空量子化的數學理論。而他更廣泛的吸引力事實上來自於《七堂極簡物理課》（Seven Brief Lessons on Physics）一書，這本書向普通讀者介紹了關於黑洞的物理學、廣義相對論以及量子力學。

在他的新作《時間的秩序》（The order of Time）中，羅韋利探討了他稱之為“也許是物理學中現存的最大奧秘”, 也就是時間的本質。他提出疑問：“為什麼我們記得過去而不是未來？” “當我們説時間’流逝’時，這到底意味着什麼？當我傾聽時間的流逝時，我又是在聽什麼呢？”

為了回答這些問題，羅韋利帶領讀者進行了一趟時間之旅，向他們講述了關於時間，物理學家知道以及不知道的種種。在《今日物理》（Physics Today, PT）今年刊發的一篇訪談中，宇宙學家Anthony Aguirre稱讚這本書“可愛、富有思想和詩意”，並認為這本書“將讓所有讀者都體味到時間的奧秘。”

**PT：**是什麼激發你寫一本關於時間的書呢？

**羅韋利：**在量子引力領域工作時，一個人必然會面對關於時間本質的問題。廣義相對論告訴我們，兩個事件間隔的時間是由引力決定的，因此引力的量子行為會影響時間。可能存在不同時間態的量子疊加，時鐘也可能處於兩個不同時間的量子疊加態上。所以在我的整個科學生涯中，我一直在思考時間的本質，以及由此引發的諸多問題。我認為現在時機已經成熟，是時候去嘗試綴連起那些點滴的思考，寫下我所認為的，關於時間我們理解和不理解的一切。

**PT：**在書的前言中，你認為“我們知識的增長導致了時間觀念的緩慢解體”。對於時間均勻地從過去流到現在，再流到未來這一觀點，有哪些進展或發現對此構成挑戰嗎？

**羅韋利：**我在書的第一部分談到了幾個進展。我們知道，在不同的海拔和速度下，時間以不同的速率流逝。我們知道，物理學的基本方程並不區分過去和未來。而且我們也知道，只有在我們周圍相對很小的區域內，我們對現在的強烈直覺才是有效的；在浩瀚的宇宙中，並不存在客觀定義的現在。這些都不是猜測，而是已經獲得公認的物理學。

接下來是量子引力中的推測性研究，這些研究對時間的本質提出了進一步的質疑。例如圈量子引力理論的基本方程中不存在時間變量。這個理論描述的是物理變量的相對演化，而不是它們隨時間的演化。

**PT：**如果宇宙本質上是非時間性的，那麼你認為人類經驗為時間的現象該作何解釋呢？ 時間是一種幻覺嗎？

**羅韋利：**我不認為宇宙從根本上來説是非時間性的。這本書的主要觀點是，**沒有哪個關於時間的單一概念是正確或錯誤的。**我們所説的時間是一個豐富的、分層的概念，它有很多層次。時間的一些層次僅僅適用於有限的尺度和有限的範圍。這並不會讓時間成為幻覺。

比如説，上和下的區別不是一種幻覺，但在遠離地球時這沒有任何意義。對於星際旅行的宇航員而言，並不存在什麼上和下。時間的許多性質與此類似，特別是我們人類自身關於時間的經驗的某些方面與大腦工作的具體方式密切相關，事實上，我們擁有記憶，我們可以預見未來，等等。是人類的大腦而不是基礎物理學決定了我們所謂的時間的流動，也決定了我們對於時間流動速度的感知。

**PT：**你的下一個研究項目是什麼？

**羅韋利：**我總是有太多的研究項目在同時進行，我現在主要關注白洞。像黑洞一樣，白洞也是愛因斯坦場方程的解，但其在時間上是反演的。我正在研究黑洞通過變成白洞來結束生命的可能性。

從黑洞的形成到蒸發，到轉變為白洞，再到最終消散的時間，從外部觀察時可以非常長，但是從黑洞內部測量則非常短。這是我與Eugenio Bianchi以及其他同事在最近的一篇論文[1]中提出的一個有趣場景，如果這種情形是正確的，那麼我們在天空中看到的黑洞其實是恆星坍縮然後反彈出來，但是由於引力時間膨脹，我們看到這個過程是以一種極端緩慢的動作在進行。

**PT：**我們能觀測到白洞嗎？

**羅韋利：**嗯，也許吧。一種假設認為，白洞的形成導致了快速射電暴，也就是射電望遠鏡捕獲到的神秘的超強信號。Francesca Vidotto和我最近提出了另外一種可能性[2]，我發現非常有意思的是：在黑洞蒸發的盡頭留下的小的白洞可能是穩定的，而且它們可能是暗物質的重要組成部分。

**PT：**你現在在讀些什麼？

羅韋利：《組織形態學》（Tectology），一本由Alexander Bogdanov所寫的超棒的書。Bogdanov是20世紀初俄羅斯一位偉大的智者，他的想法預示了控制論、系統論和當代結構現實主義的諸多方面。（編注：組織形態學是Alexander Bogdanov用來描述包括統一所有社會、生命和物理科學的學科，方法是通過將這些學科視作關係系統，並尋找構成所有系統基礎的組織原則。）

引文

[1]. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6382/aae550/meta

[2]. https://www.mdpi.com/2218-1997/4/11/127

原文鏈接

https://physicstoday.scitation.org/do/10.1063/PT.6.4.20190219a/full/?from=singlemessage

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《返樸》，致力好科普。國際著名物理學家文小剛與生物學家顏寧聯袂擔任總編，與幾十位學者組成的編委會一起，與你共同求索。關注《返樸》（微信號：fanpu2019）參與更多討論。二次轉載或合作請聯繫[email protected]。