時間只存在於觀察者眼中

07-01

過去。現在。未來。在物理學裡，它的名字叫做時間。

對你，對我，對任何一個人。時間之箭始於期預，貫穿經歷，埋入回憶。

但是最新科學理論認為，時間之所以流逝，是因為人類等觀察者的存在。每個人都有屬於自己的時間。

時間之箭的問題已經我們已經討論了數十年。不是懷疑它是否存在，而是在弄清它前進的方向。許多物理學家認為，時間在量子尺度的微小粒子中開始，當微小粒子相互作用影響到了宏觀世界，它所在的空間中就出現了時間。一百年前，愛因斯坦在德國《物理年鑒》(Annalen der physik)上發表了狹義相對論與廣義相對論的論文。他告訴我們時間是相對的，與觀察者在空間里的運動速度有關。

而今年將被同一刊物收錄的一篇論文中(目前可在arXiv.org閱讀)，兩位科學家指出，引力的強度不足以讓宇宙中的一切事物按照過去>現在>未來的方向走下去。換句話說，時間之箭只屬於觀察者自己。

要試圖理解這個問題，讓我們先回到目前物理學面臨的最大挑戰——量子力學與經典力學的結合。量子力學中的微觀粒子可以存在於兩個地方，只有被觀察到的時候才會具有固定位置。這被叫做「疊加態」。

但是一旦超越了量子尺度，微觀粒子就開始與其它的物質產生作用。量子力學變得不再適用，引力的存在也變得更加明顯，整個物體在數學上進入了經典力學的範疇。伯克利物理學家Yasunori Nomura表示，「單個電子與原子的位置是由概率決定的」，但當它們組成了更大的物體(如乒乓球)，這些單獨的概率融為一體，這個物體也進入疊加態的可能性就明顯消退(你不看乒乓球的時候它一般仍在那裡)。

因為在物理學上沒有位置來進行比較，時間對於只存在於概率中的粒子沒有意義。當這些圍觀粒子聚合在一起，經過一個叫做退相干(decoherence)的過程後，經典力學取代了量子力學。時間的方向也在這個地方才顯現出了意義。因此，大多數物理學家認為時間之箭始於「退相干」。

有關退相干最著名的詮釋是一個惠勒-德維特(WdW)方程的理論。1965年的一天，物理學家John Wheeler在機場等中轉的飛機，並把他的同事Bryce DeWitt叫來消磨時間。他們熱烈地討論著各種理論，忽然想出了一個能模糊量子與經典力學之箭的界限的公式。

這個公式並不完美，但它幫助了人們理解退相干與另一個叫做量子引力的理論。WdW公式給人們提供了結合宇宙中宏觀與微觀部分的道路。

而這個公式中，表示時間的變數並不存在。

五十年後，物理學家Dmitriy Podolskiy與生物學家Robert Lanza寫下了本文正在討論的那篇論文。他們聲稱在WdW方程中，引力的影響不足以對宇宙時間的方向造成影響。Lanza表示，「如果你計算一下，你會發現這個公式沒有解釋時間的方向從何而來。」在公認的理論中，微觀粒子在被引力控制之前都保持著自己的時間方向。但如果引力不足以在退相干的過程中控制住這些物質的相互作用，則由微觀粒子組成的大型物體也就不具有統一的時間方向。

在這種情況下，時間並不是客觀存在的。時間會流逝，只是因為我們被生下來以後，就在生理上、神經上與思想上帶有「體驗」此類光陰的能力。想像一隻巨大的薛定諤貓。在宇宙中一個沒有觀察者的角落，時間可能是從前往後走。但人類一旦把望遠鏡指向哪裡，時間就會顯現出我們習慣的方向。Lanza說，「愛因斯坦在他相對論的論文中表示，時間對觀察者來說是相對的，我們的理論走得更遠，說時間是被觀察者創造出的。」

這並不是一個全新的理論(義大利物理學家Carlo Rovelli去年發表了同一題材的論文)，它也並未得到廣泛認可。Nomura點出，如果在數學上排除系統中的觀察者後還能定義時間的概念，才能說明「觀察者時間」是真實的。但論文作者表示，因為所有公式是由人這個觀察者歸納出的，觀察者無法在任何公式中被排除。

Nomura還認為論文作者沒有考慮到整個宇宙都存在於時空(spacetime)這樣一個無相干的系統之中。他只是不贊同論文的結論，並不打算說這個理論是錯的。畢竟在很長一段時間裡，物理仍將是門不完善的科學。~~按照相對論，~~每個理論對物理的理解也都是相對的。