時間是否會終結:物理學與哲學的雙重悖論

時間是否會終結:物理學與哲學的雙重悖論

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撰文 喬治·穆瑟(George Musser)

翻譯 虞駿

時間會終結,也不會終結。因為時間的終結似乎既沒有可能,又無法避免。最近的物理學研究為這一矛盾提出了一個解決方案。

經驗告訴我們,沒有任何東西會真正終結。我們死後,屍體會腐敗,體內物質會回歸泥土和空氣,讓新的生命能夠從中誕生。所以不論變成什麼,「我們」都將繼續存在下去。可是,這種存在會持續到永遠嗎?會不會到了未來的某個時間點,就再也沒有「之後」可言了呢?令人沮喪的是,現代物理學暗示,前一個答案是不會,後一個答案是會。時間本身有可能終結。所有的活動都將停滯,再也不會更新,再也不會恢復。時間的終結將是所有終結的終結。

愛因斯坦在提出廣義相對論詮釋引力時,恐怕連他自己都不曾預料到,他的理論會預言出這麼一個可怕的前景。在廣義相對論之前,大多數物理學家和哲學家都認為,時間是一种放之四海而皆準的鼓聲,是宇宙要與之同步的一種穩定節律,不會變化,不會搖擺,也不會停止。愛因斯坦則證明,宇宙更像是一場盛大的複合節奏爵士搖滾即興演奏會。時間可以變慢,可以拉長,可以被「撕成碎片」。我們感受到引力的同時,也在感受著時間節律的即興演奏;下落的物體被拖到了時間流逝更加緩慢的地方。時間不僅會影響物體的運作,反過來,物體在做什麼也會影響到時間,就像鼓手和舞者彼此激發,共同演繹一段變奏熱舞一樣。不過,事情一旦失去控制,時間也可能灰飛煙滅,就像一位興奮過頭的鼓手突然暴斃一樣。

出現這種情況的那些時刻,被稱為奇點(singularity)。這個術語實際所指的正是時間的邊界,可能是開端,也可能是終點。最著名的奇點當數宇宙大爆炸(big bang),也就是137億年前我們這個宇宙(以及其中的時間)無中生有並開始膨脹的那一瞬間。如果宇宙有一天停止膨脹,轉而開始收縮,最終就會發生某種與大爆炸相反的過程,稱為大擠壓(big crunch),給時間「壓」出一個終點。時間不一定非得在所有地方同步終結。相對論說,時間會在黑洞內部走到盡頭,而在黑洞之外,宇宙絕大多數其他地方,時間仍將繼續。黑洞的破壞力名不虛傳,甚至超過你對它的所有想像。如果你落入一個黑洞,不僅你的身體會被撕成碎片,這些碎片最終還會撞上黑洞中心的一個奇點,你的時間線(timeline)也就此走到了盡頭。你的灰燼中再也誕生不出新的生命,你的分子也不會再得到任何回收利用。就像小說中的某個角色走到了這本小說的最後一頁,你遭遇到的不僅僅是死亡,還有徹底的「不復存在」。

相對論會預言諸如死後無法「再生」這麼令人不安的事情,這一點物理學家花了幾十年才逐漸接受。直到今天,他們還是不太確定,這到底是怎麼回事。奇點可以說是物理學家追尋物理學大統一理論的主要原因——他們將愛因斯坦獨創的廣義相對論與量子力學結合,試圖創造出一種量子引力理論。在某種程度上,他們希望這一理論能夠令人滿意地解釋奇點。不過對於「希望」二字,你必須慎之又慎。時間終結令人難以想像,但時間沒有終點或許同樣矛盾重重。

時間的邊界

無論是在哲學還是在現代物理學中,時間有終點也好,沒有終點也罷,都會帶來一大堆難題。

在愛因斯坦出現之前很久,各個時代的哲學家就已經為時間是否終有一死而爭論不休了。康德(Immanuel Kant)認為,這個問題是一個「二律悖反」(antinomy)——這個哲學術語指的是怎麼說都有理,讓人不知道該如何思考。

我岳父有一次就遭遇到了這種令人無所適從的窘境:某天晚上他趕到機場,卻發現他要坐的航班很久之前就已經起飛了。值機櫃檯的工作人員責備他說,他應該知道預定起飛時間「12 a.m.」指的應該是當天凌晨的12 點。不過,我岳父的困惑是可以理解的。嚴格說來,「12 a.m.」這樣的時刻根本就不存在。午夜零點既不屬於午前(antemeridiem,a.m.), 也不屬於午後(postmeridiem,p.m.)。這既是前一天的終結,又是後一天的開始。在24小時制中,它既是24點整,又是0點整。

亞里士多德提出了一個類似的原則,他主張時間既沒有起點,也沒有終點。每一個時刻都是前一個階段的終點,又都是後一個階段的起點;每一個事件都是某些前因的後果,又都是另一些後果的前因。所以,時間怎麼可能會終結?有什麼東西能夠保證歷史上的最後一件事之後不再有其他事件出現?事實上,就連「終結」這個概念本身都隱含著時間存在這樣一個先決條件,既然如此,你又如何能夠定義時間的終結?「時間有一個終點,這在邏輯上是不可能的,」英國牛津大學的哲學家理查德·斯溫伯恩(RichardSwinburne)如此斷言。不過,如果時間無法終結,宇宙必然要無限存在下去,這樣一來,所有由「無限」這個概念引出的難題就都會接踵而至。哲學家早就認定,「無限」只是一個數學上的理想化概念,除此之外的所有「無限」都是荒謬的。

大爆炸理論的勝出,以及宇宙中黑洞的發現,似乎為這個問題做了一個了斷。宇宙中充斥著奇點,宇宙本身也可能遭遇各種令人不安的時間災劫。就算躲過了大擠壓,宇宙也可能被大撕裂(big rip)、大凍結(big freeze)或大剎車(bigbrake)搞定。不過,如果再追問一句,奇點(不論大小)到底是什麼,答案就不那麼明確了。「奇點的物理本質,現在還沒有定論,」美國密歇根大學安阿伯分校的著名物理哲學家勞倫斯·斯克拉(Lawrence Sklar)說道。

恰恰是招惹出奇點這些「怪物」的那個理論,暗示它們無法真正存在。以大爆炸奇點為例:相對論說,我們看到的每一個星系的前身都曾經被壓縮到一點——不只是一個細微如針尖般大小的點,而是一個數學意義上大小為零的點。與此類似,不幸落入黑洞之中的宇航員身上的每一個粒子,也都會被壓縮到一個無限小的點中。在這兩種情況下,計算密度都意味著要用質量除以一個數值為零的體積,得到的結果是無窮大。其他類型的奇點不會遇到無窮大的密度,但總會遇到無窮大的其他物理量。

儘管現代物理學家不像亞里士多德和康德那樣討厭「無限」,但他們仍把「無限」視為一個信號,表明他們把某個理論擴展運用到超出了極限。不妨回顧一下中學課堂上教過的光線折反射理論。這個理論完美地解釋了眼鏡和哈哈鏡的成像原理。不過它也預言,一塊凸透鏡會把遙遠光源發出的平行光線聚焦到一點,產生一個光強無限大的亮點。實際上,光並不會聚焦到一點,而是會形成一個牛眼狀圖案。它的光強或許很高,但總歸是有限的。光線理論的錯誤之處在於,光實際上不是線,而是波。

基於類似的思路,幾乎所有物理學家都推測,宇宙中的奇點實際上擁有一個就算很高但也有限的密度。相對論的錯誤之處在於,它漏掉了引力或物質的某個重要屬性——正是這個屬性在奇點附近發揮作用,把密度保持在了可以控制的範圍之內。「大多數人會說,它們(指奇點)標誌著這個理論在那裡崩潰了,」美國加利福尼亞大學聖巴巴拉分校的物理學家詹姆斯·B·哈特爾(James B. Hartle)說道。要想弄清楚到底發生了什麼,就必須用到一個更加完善的理論——量子引力論。物理學家還在苦苦鑽研這樣一個理論,但他們估計,這個理論會包容量子力學的一個重要見解——物質跟光一樣,擁有類似於波的性質。這些波動性應該會把假想的奇點「模糊」成小小的一團,而不再是一點,因而也就排除了「除以零」這樣的錯誤。果真如此的話,時間實際上或許就不會終結。

關於這一點,物理學家分成了兩派。一些物理學家認為,時間確實會終結。這種觀點的問題在於,已知的物理學定律都是在時間中運作的,描述的也都是事物如何隨時間移動和演化。時間的終點超出了已知物理學的範疇。負責掌管時間終點的,必定不會是現有物理學體系中的某一條未知定律,而應該是一套全新的物理學定律——它能避開運動和改變之類與時間有關的概念,而是偏向於幾何簡潔性之類與時間無關的概念。3 年前,借用量子引力論主流候選理論——弦論(string theory)中的一些觀點,新加坡國立大學的布雷特·麥金尼斯(Brett McInnes)提出了一個構想。他提出,在宇宙還是最初那一小團的時候,它的形狀是一個圓環面;與圓環面有關的那些數學定理,決定了當時的宇宙必定是完美均勻和完美平滑的。然而,在大擠壓或者某個黑洞的奇點處,宇宙可能擁有任何形狀,同樣的數學推理不一定仍然適用;此時的宇宙,大體上可以說是極端的破爛不堪。這樣一套幾何物理學定律與通常的動力學定律有著本質的不同:它並不是時間對稱的。換句話說,終結不會僅僅是開端的反演。

其他量子引力研究者認為,時間會永恆延伸,既沒有開端,也沒有終點。在他們看來,大爆炸只是宇宙永恒生命中一個戲劇性的轉折點。或許大爆炸前的宇宙經歷了一場大擠壓,在密度變得太高時發生了逆轉——這個場景被稱為大反彈(big bounce)。大爆炸前這段宇宙歷史中的一些遺迹,甚至有可能流傳到今天。按照類似的推理,黑洞中心附近的那一小團奇點也可能像一顆微縮版的恆星那樣不停地沸騰和翻滾。如果落入一個黑洞,你會在痛苦中死去,但至少你的時間線不會就此到頭。你體內的粒子會「撲通」一聲落入這一小團,在它上面留下一個獨特的印記,有可能在這個黑洞散發出的微弱光芒中被未來某一代人看到。

假定時間能夠持續下去——通過這種方式,這一觀點的支持者大可不必再為所謂「一套全新的物理學定律」而大費腦筋。不過,他們同樣遇到了麻煩。比方說,宇宙隨著時間的流逝只會變得越來越凌亂,如果這一過程已經持續了無限久,那為什麼今天的宇宙還沒有徹底淪為一盤散沙?至於黑洞,攜帶有你的印記的那些光又該如何才能逃離那個黑洞的引力魔爪?

歸根結底,物理學家在時間終結這個問題上對二律悖反的糾結絲毫不亞於哲學家。已故的量子引力先驅約翰·阿奇博爾德·惠勒(John Archibald Wheeler)就曾經寫道:「愛因斯坦的方程說『這就是終點』,物理學家卻說『終點不存在』。」面對這種兩難的局面,一些人乾脆舉手投降,總結說科學永遠無法解決時間會不會終結這個問題。在他們看來,時間的邊界同樣也是推理和經驗觀察適用範圍的邊界。不過,其他一些人認為,破解這道難題只需要一些全新的思路。「這並沒有超出物理學的範疇,」美國加利福尼亞大學聖巴巴拉分校的物理學家加里·霍羅威茨(Gary Horowitz)說,「量子引力論應該能夠提供一個明確的答案。」

時間如何消逝

時間之死不過是一個複雜體系的崩潰,就像人類生命的消逝一樣,沒有什麼自相矛盾之處。

儘管HAL 9000 只是一台電腦,但「他」大概是電影《2001太空漫遊》(2001: A Space Odyssey)里最有人味兒的角色——表情豐富、足智多謀,不僅僅是一大堆線纜,更是諸多矛盾的集合體。就連「他」的死亡都讓人聯想到人類的死亡。死亡不只是一個事件,而且是一個過程。當戴夫(Dave,電影中的一個角色)慢慢地拔出HAL 的電路板時,「他」一項接一項地喪失著智力,同時描述了自己的感受。HAL 能夠清晰地表達出自己變得越來越衰弱的體驗,這是人類在死亡時通常無法做到的。人類的生命是複雜機體的一大壯舉,是科學領域內已知最複雜的組織,它的出現和消逝穿越了生命和非生命之間的模糊地帶。現代醫學在這片模糊地帶之中點亮了一盞燈籠,因為醫生如今能夠挽救過去可能無法存活的早產嬰兒,能夠復活曾經認為已經死去的瀕死病人。

就在物理學家和哲學家苦苦思索試圖領悟時間如何終結時,許多人看到了它與生命終結之間的相似之處。正如生命是在無生命的分子組織成機體的過程中湧現出來的一樣,時間也可能是在無時間的原料自行產生秩序的過程中湧現出現的。存在時間的世界是一個高度組織化的世界。時間告訴我們諸多事件何時發生,持續多久,以及它們發生的先後次序。或許這種結構不是外部強加的,而是內部產生的。能夠產生出來的東西,自然也可以被摧毀。當這種結構分崩離析時,時間便終結了。

按照這種思路,時間之死只不過是一個複雜體系的崩潰,並不比其他任何體系的崩潰更難理解,沒有任何自相矛盾、左右為難之處。一項接著一項,時間會喪失它的特性,穿越存在和不存在之間的模糊地帶。

最先喪失的特性可能是時間的單向性(unidirectionality,也就是由過去指向未來的那個「時間箭頭」。物理學家早在19 世紀中葉就已經認識到,時間箭頭並不是時間本身的屬性,而是物質的屬性。時間本身是雙向的;我們感受到的時間箭頭,只是物質從有序過渡到凌亂的一種自然退化,任何家裡養著寵物或者小孩的人對此都會深有感觸。(整齊、簡潔及有序的起源,可能要歸功於麥金尼斯推測的那個幾何原理。)如果這一趨勢持續下去,宇宙最終將達到一種平衡態,又被稱為「熱寂」(heat death),這是凌亂到不可能比它本身更亂的一種狀態。單個粒子仍將持續不斷地進行著自我重組,但宇宙作為一個整體將不再會有任何變化,任何倖存下來的「時鐘」都將在前後兩個方向上左搖右擺,未來將變得跟過去沒有任何區別。少數物理學家已經推測,時間箭頭可能會反轉,以便宇宙自行恢復到整齊簡潔的狀態。不過,對於我們這些無法永生的生物來說,連我們自身的存在都取決於指向未來的時間箭頭,這樣的反轉無疑像熱寂一樣,標誌著時間的終結。

消失的時間蹤跡

「如果時間就是時鐘測量的那個東西,而時鐘又根本不存在,那麼時間也就不存在。」

最近有研究暗示,時間箭頭或許並不是時間遭受死亡折磨時可能喪失的唯一特性。另一個會喪失的特性,可能是衡量時間持續長短的「持續時間」(duration)。我們所知的時間可以用秒、用天、用年來計量。如果不是這樣,我們就只能說出事件發生的先後順序,無法說出它們到底持續了多久。這正是英國牛津大學物理學家羅傑·彭羅斯(RogerPenrose)在他的新書《時間的循環》(Cycles of Time: AnExtraordinary New View of the Universe)中提出的場景。彭羅斯的科研生涯,似乎自始至終都在跟時間過不去。他和英國劍橋大學的物理學家斯蒂芬·霍金(StephenHawking)在20世紀60年代證明,奇點並不只在某些特殊前提下才會出現,它的產生應該無法避免。他還主張,落入黑洞的物質不會再有「來世」,在一個真正基礎的物理學理論中也不會有時間的一席之地。

最近,彭羅斯從極早期宇宙的一個基本觀測事實出發,對時間發起了最新一輪攻擊。極早期宇宙就像是一盒剛剛被倒在地板上還沒有組裝的樂高積木,由一大堆夸克、電子和其他基本粒子混合而成。原子、分子、恆星和星系之類的結構,必須從這堆混合物中一步一步自行組裝出來。第一步就是要組裝出質子和中子,它們每一個都由3個夸克構成,尺度大約是1 飛米(femtometer, 10^{-15} 米)。質子和中子會在大爆炸(或大反彈,隨便它到底是啥)後10微秒左右出現。

在此之前,宇宙中完全不存在結構——沒有任何東西是由「零件」組裝而成的。因此,宇宙中也沒有任何東西能夠起到時鐘的作用。時鐘要想通過擺動來計時,就必須有一個定義明確的參照,例如鐘擺的長度、兩面鏡子之間的距離,或者原子軌道的大小。連這樣的參照物當時都還根本不存在。粒子或許會暫時聚集成團,但它們無法告訴你時間,因為它們沒有固定的大小。單個夸克和電子也不能當作參照,因為它們都沒有大小。無論物理學家把這樣一個粒子放到多大,他們看到的永遠是一個點。這些粒子擁有的唯一一個跟「大小」沾邊的屬性,是它們的所謂「康普頓波長」(Compton wavelength)——這一屬性設定了粒子量子效應的尺度,與粒子的質量成反比。然而,在大爆炸後的最初10 皮秒(picosecond, 10^{-12} 秒)內,這些粒子就連這麼基本的尺度屬性都沒有,因為當時賦予它們質量的過程還沒有發生。

「沒有了類似於時鐘的東西,」彭羅斯說,「事物就不知道如何去記錄時間。」沒有任何東西能夠標記出固定的時間間隔,因此不管是經過了1阿秒( attosecond, 10^{-18} 秒) 還是1飛秒,對於極早期宇宙這鍋「原湯」中的粒子來說,都沒有任何區別。

彭羅斯提出,能夠用這一場景來描述的,不只有久遠的過去,還包括久遠的未來。當所有恆星都熄滅了很久之後,宇宙將變成一鍋由黑洞和自由粒子構成的大雜燴;接下來,就連黑洞也將消散,只留下粒子。這些粒子中的絕大多數將是光子之類的無質量粒子,構建時鐘再次成為了不可能完成的任務。在另一種末日場景中,宇宙比方說會被大擠壓扼殺,時鐘的命運也同樣不容樂觀。

或許你會認為,就算沒有任何東西能夠測量時間的持續,至少在抽象意義上,這個概念也應該依然存在才對。不過科學家質疑,一個無法被測量的量在理論上是否真的存在。在他們看來,無法構建時鐘就是一個信號,表明時間本身已經被剝奪了一個基本特徵。「如果時間就是時鐘測量的那個東西,而時鐘又根本不存在,那麼時間也就不存在,」西班牙格拉納達大學(University of Granada)的物理哲學家亨里克·津克納格爾(Henrik Zinkernagel)說,他也對早期宇宙中時間的消失進行過研究。

彭羅斯提出的場景儘管看上去很簡潔,但確實存在弱點。在非常久遠的未來,並不是所有的粒子都沒有質量;至少電子會倖存下來,利用這些電子,你應該能夠構建出一個時鐘。彭羅斯推測,電子可能會經歷某種「減肥」過程,從而拋棄質量,不過他也承認這種說法不太靠譜。他說:「這個理論有很多讓我不爽的地方,這只是其中一處。」再說,如果早期宇宙連尺度這個概念都不存在,那它又如何能夠膨脹、稀釋和冷卻呢?不過,如果彭羅斯真的猜中了什麼,那便可以得出一個驚人的推論。儘管緻密擁擠的早期宇宙和越來越空曠的久遠未來看上去像是完全相反的兩個極端,但它們同樣都被剝奪了時鐘及其他度量尺度的「器具」。用彭羅斯的話來說,「大爆炸和久遠的未來非常相似。」他大膽地猜測,久遠的過去和久遠的未來實際上是一個宏大宇宙循環中的同一個階段。時間終結之時,時針會撥回到起點,開始新一輪的大爆炸。彭羅斯,這位整個學術生涯都在主張奇點標誌著時間終點的科學家,或許發現了一種讓時間得以延續的方式。這位時間「殺手」,已經變成了時間的救世主。

時間停滯

時鐘可能會越來越慢,最終停止,時間不復存在,而是轉化為另外一維空間。

即便時間的持續不再有意義,飛秒和阿秒不再可分,時間也還沒有完全死透。它仍然可以標明一系列事件發生的先後次序和因果關聯。就這一點而言,時間和空間有很大的不同,空間就很少對物品在其中應該如何排列有所約束。在時間上相鄰的兩個事件——比如我敲擊鍵盤,字母出現在顯示屏上——不可避免會存在關聯。但空間中相鄰的兩個物體——比方說鍵盤和記事貼——彼此之間可能完全無關。空間關係不像時間關係那樣存在必然性。

但在特定情況下,時間就連如此基本的「排序」功能也可能喪失,變得跟另外一維空間沒有什麼兩樣。這種觀點可以追溯到20 世紀80 年代,當時霍金和哈特爾試圖把大爆炸解釋為時間和空間變得可以區分的那一刻。3 年前,西班牙薩拉曼卡大學(University of Salamanca)的馬克·馬爾斯(Marc Mars)和西班牙巴斯克地區大學(University of theBasque Country)的何塞·M·M·塞諾維利亞(José M. M.Senovilla)及勞爾·貝拉(Raül Vera)再次提出了類似的想法,只不過他們討論的不是時間的起點,而是它的終點。

他們的靈感來自於弦論以及弦論的一個推論:我們的四維宇宙(三維空間加上一維時間)可能是一張膜,飄蕩在一個更高維的空間中,就像風中的一片樹葉。我們則被束縛在這張膜上,就像依附在那片樹葉上的一條毛毛蟲。正常情況下,我們可以在這個四維「囚籠」中隨意走動。但是,如果這張膜受到狂風足夠猛烈地吹襲,我們唯一能做的就只有拚命抓牢,再也無法移動分毫。確切地說,我們必須快得超過光速才能在這張膜上移動,可惜我們超不過光速。所有過程都涉及某種移動,因此它們全都會陷於停頓。

從外部來看,由我們生命中連續不斷的運動構成的時間線並未終結,只是彎曲得太厲害,以至於它們不再穿越時間,而是從空間中穿過。這張膜仍舊是四維的,只不過所有四個維度都成了空間維度。馬爾斯說,物體「受到這張膜的推動,移動速度越來越接近光速,直到最終它們的軌跡太過傾斜,以至於實際上它們在做超光速運動,不再存在時間。重點在於,它們或許完全不知道自己身上正在發生什麼」。

我們所有的時鐘也都會越走越慢,並最終停止,因此我們沒辦法確定時間正在轉化為空間。我們唯一能看到的,只是星系之類的物體似乎正在加速運動。詭異的是,這恰恰是天文學家確確實實觀測到的現象,通常被歸因於某種未知的「暗能量」。這種加速有可能是時間的絕唱嗎?

時間到了盡頭

弦論的全息原理揭示,時間會在比奇點更大的範圍內融化,連僅存的最後一項特徵都消失掉。

到了彌留階段,時間看起來或許已經消散於無形,但還有一個陰影仍然揮之不去。哪怕已經無法定義時間的持續,也弄不清楚因果關聯,你仍然可以給各個事件標上發生的時間,把它們擺到一條時間線上。對於如何才能剝奪時間碩果僅存的這最後一項特徵,幾個弦論學家小組最近取得了一些進展。美國芝加哥大學的埃米爾·J·馬丁內茨(EmilJ. Martinec) 和薩夫迪普·S· 塞西(Savdeep S. Sethi)、得克薩斯農工大學(Texas A&M University)的丹尼爾·羅賓斯(Daniel Robbins)、斯坦福大學的伊娃·西爾弗斯坦(Eva Silverstein)、布蘭迪斯大學(Brandeis University)的阿爾比恩· 勞倫斯(Albion Lawrence), 還有霍羅威茨等人,已經運用弦論中最強大的一個想法——所謂的全息原理(holographic principle),對黑洞奇點處時間將會怎樣進行了研究。

全息圖(hologram)是一類能夠讓人感覺到深度的特殊圖像。雖然全息圖是平面的,但其中的圖案看上去就像有一個實心物體飄浮在你面前的三維空間中一樣。全息原理認為,我們的整個宇宙就像是一個全息投影。由相互作用量子粒子構成的一個複雜系統也能讓人感覺到深度——換句話說,空間維度在最初的這個系統中並不存在。

不過,倒過來講就不對了。並非所有的圖像都是全息圖,圖案必須符合一定的條件才行。如果在一張全息圖上亂塗亂畫,立體幻影就會被破壞。同樣的道理,並非所有的粒子系統都會產生一個與我們類似的宇宙;這個系統的「圖案」也必須符合一定的條件才行。如果這個系統原本缺少必要的條件,後來創造出了這些條件,空間維度就會突然出現。如果這個系統重新回到了混亂狀態,空間維度也會消失——從哪裡來,就回哪裡去。

接著,我們來設想一顆恆星坍縮成一個黑洞。這顆恆星在我們看來是三維的,但實際上只是某個二維粒子系統中某個圖案的全息投影。隨著恆星引力越來越強,與它對應的平面系統也會搖晃得越來越劇烈。當奇點終於形成時,秩序便徹底崩潰了。這個過程就像是冰塊融化:具有規則晶格排列的水分子,化為了一攤雜亂無章的液體。因此,空間的第三維可以說是融化掉了。

隨著第三維空間的融化,時間也會融化。如果你不幸落入一個黑洞,你手錶上的時間將取決於你到這個黑洞的中心還有多遠。這個距離是在這個正在融化的空間維度上定義的。隨著這一空間維度的崩潰,你手錶上的時針開始不受控制地亂轉,指出事件發生在某個確切時刻、物體處在某個確切地點也已經變得不再可能了。用馬丁內茨的話來說:「傳統的時空幾何概念已經終結了。」

這句話實際上是指,空間和時間已經無法再構建這個世界了。如果你試圖測量物體的位置,你會發現它們看起來似乎處在不止一個位置上。空間上的間隔對它們來說沒有任何意義;它們能從一個地點跳到另一個地點,而不用穿越中間的距離。事實上,正是通過這種方式,不幸落入黑洞的事件視界、從此一去不復返的那位宇航員留下的印記,才有可能逃出黑洞。「如果空間和時間在奇點附近都不存在,事件視界也就不再輪廓分明了,」霍羅威茨說。

換句話說,弦論所起的作用絕不僅僅是抹平假想中的奇點,在保持宇宙其他地方基本不變的前提下,把這些離經叛道的點替換成某種更對科學家胃口的東西。相反,它揭露出時間和空間的概念會在更大的範圍內崩潰,其影響要遠遠超出奇點本身。需要強調的是,弦論仍然要求這個粒子系統中存在某種原始的時間觀念。科學家仍在努力發展一種完全不需要時間作為前提假設的動力學觀念。在這一目標實現之前,時間仍將頑強地活著。時間如此根深蒂固地滲透到了物理學的骨髓之中,以至於科學家現在還無法設想時間最終的徹底消失。

為了理解不可理解的東西,科學一貫採用的方法就是把它分解,然後去證明,看起來令人氣餒的漫漫長路,也不過是一連串跬步的積累。對付時間的終結,也是如此。作為終有一死的生物,通過對時間的思考,我們能夠更好地認清自己在這個宇宙中所處的位置。時間將會逐漸喪失的那些特徵,是我們得以存在的先決條件。我們需要時間從過去流向未來,這樣才能發育和進化;我們需要時間持續和尺度的概念,這樣才能形成複雜的結構;我們需要有因果順序,這樣才能把各個過程一步步分解;我們需要有空間間隔,這樣我們的身體才能在這個世界中創造出一小塊秩序。隨著這些特徵的消散,我們繼續生存下去的能力也將喪失。時間的終結或許可以想像,但沒有人能夠直接體驗到它,就像沒有人能夠在自己死亡的那一刻保持清醒一樣。

隨著我們很多很多代之後的子孫越來越靠近時間終點,他們必須在一個越來越惡劣的宇宙中奮力求生。然而,他們的努力只會加速時間不可避免地邁向終結。畢竟,我們並不是時間死亡的被動受害者,而是殺死時間的幫凶。只要我們活著,就會把能量轉化為無用的熱量,對宇宙的狀況惡化有所貢獻。只要我們還活著,時間就難逃一死。

宇宙學需要哲學嗎?-領研網?

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本文原載於《環球科學》

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