【#时间究竟从何而来#？】英国《新科学家》周刊网站7月1日刊登题为《时间究竟从何

【#时间究竟从何而来#？】英国《新科学家》周刊网站7月1日刊登题为《时间究竟从何而来？》的文章，作者是卡梅拉·帕达维奇-卡拉汉，内容编译如下：

时间究竟从何而来？这个问题没有固定的答案——但为了更好地理解它，我们可以来看看时间之箭。

时间之箭

这个概念可以追溯到20世纪20年代，源于描述能量、热量和熵的物理定律。熵是其中最重要的，因为时间似乎是从低熵状态向高熵状态移动——这正是“时间之箭”飞行的方向。熵因为事关无序性而名声不佳，但理解它的更精确方式是计算一个大物体——宏观态——有多少种由较小的部分(或者叫微观态)组成的方式。

一个对应多个微观态的宏观态(例如一个餐具抽屉里面的勺子和叉子混放在一起)，其熵值要高于微观态受限的宏观态(例如，同一个抽屉，叉子整齐地堆放在左边，勺子则堆放在右边)。如果你以第二种方式摆放抽屉，但下次打开时，勺子和叉子却混在一起了，这表明熵值增加了，时间之箭把抽屉从过去推向了未来。

然而，用餐具来推断宇宙存在一个问题。为什么会有一个一切都井然有序、熵值低的起始状态呢？

物理学家称之为“过去假说”，但他们并不喜欢这种说法。当他们进行“倒转时间之箭”的心理练习时，最终发现宇宙的熵值极低。这种状态被认为是罕见的，因此尚不清楚其存在的原因。由于它标志着时间的开始，人们也提出了这样的问题：这种状态是否也必然与宇宙的起源——大爆炸——相吻合。

还有一个雪上加霜的问题：在远小于整个宇宙的尺度上——例如一两个粒子的量子尺度——物理定律完全可逆，这意味着它们不会限制时间之箭只能朝一个方向飞行。

“物理定律可逆，但我在日常生活中看到的东西为什么就不可逆？”他问道。法国巴黎-萨克雷大学的阿里吉和他的同事们想看看他们能否构建一个非常基础的“玩具宇宙”——一个真实宇宙的简化模型——其中的一切都完全可逆，但我们所知的时间之箭仍然存在。

另一宇宙

他们发现，如果玩具宇宙像我们自己的宇宙一样持续膨胀，时间之箭的存在就不可避免。这个模型宇宙也让研究人员排除了过去的假设：它允许大爆炸发生，但并不一定需要一个特殊状态作为时间初始和时间之箭向前推进的开端。

事实上，阿里吉表示，这项研究让他重新思考了自己之前对可能的未来状态的怀疑态度，例如，未来可能出现“大挤压”(宇宙最终停止膨胀并压缩成一个微小的点)和“大反弹”(宇宙陷入永无止境的爆炸——膨胀——收缩——挤压——爆炸的循环)。

引人注目的一点是，在这个仅基于可逆物理定律而构建的玩具宇宙中，大爆炸并不一定是我们已知所有物理定律都失效的单一实例。相反，在另一边存在着更多由熵驱动的膨胀——本质上是另一个宇宙。阿里吉在谈到大爆炸另一边的想象宇宙时说：“我们的诞生将源于它们的诞生。我们的物质将来自它们的过去。”

尽管这听起来有些激进，但两个宇宙朝相反方向膨胀，各自拥有独立时间感的想法此前就已引起物理学家的关注。

凭空产生？

回到我们最初的问题，有没有可能时间就是凭空产生——或者至少并非有什么特殊的出处？当我向纽约哥伦比亚大学的哲学家戴维·阿尔伯特提出这个问题时，他提醒我要更仔细地思考“特殊”这个词。事实上，他并不认为过去假设中的低熵状态必然具有特殊性。

阿尔伯特表示：“人们认为，每种可能的物理状态都应该与其他可能的物理状态存在一样的可能性。如果你这样想，那么这些低熵状态就变得极不可能了。”

“但我对此的看法是，认为仅凭先验推理就能得到概率的想法简直太疯狂了。”阿尔伯特指出，我们应该通过观察来探究任何给定事件的概率。此外，他还指出，只要我们找到证据表明该事件——在本例中是存在于低熵状态的宇宙——必然发生，那么根据抽象论证，该事件的发生概率有多么低都无关紧要。

阿尔伯特完全赞成将过去的假设从我们绝对必要的物理学法则清单中移除——在他看来，定律越少越好。但他希望这种干预首先要以观察为基础。我们能够操纵和仔细研究诸如熵之类的物理量的系统(例如教科书中提到的盒子里的气体粒子)的规模与整个宇宙的规模之间存在着巨大的差距。因此，他建议，在物理学家进行从一个理论到另一个的推断时，要谨慎并仔细审视他们可能做出的假设。

阿尔伯特说：“但我认为，研究是否可以不预设过去的假设，而仅仅从其他定律中推导出来，这个总体项目很有意思。如果能够做到，那就太好了。”

和阿尔伯特通话结束后，我提醒自己一年后再给所有人打电话，看看时间如何进展。即便我仍然不知道如何解释时间从何而来，但它的箭头必将引领我走向一个未来，在那里我会有更多关于时间的讨论。（编译/王笛青）