大家好,我是魅力科學(xué)君,今天給大家介紹一個(gè)令人難以接受的理論,其內(nèi)容可概括為:過去、現(xiàn)在和未來同時(shí)存在。
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我們先從一個(gè)看似簡單的問題開始:什么是“現(xiàn)在”?在日常生活中,這個(gè)詞毫無爭議,比如說你下午三點(diǎn)在工作,我下午三點(diǎn)也在工作,我們自然認(rèn)為這是同一個(gè)“現(xiàn)在”。
這種觀念在很長一段時(shí)間里被當(dāng)作理所當(dāng)然的事實(shí),即時(shí)間就像一個(gè)看不見的背景,均勻地向前流動(dòng),不管你在地球、火星,還是宇宙的任何角落,時(shí)間都以同樣的節(jié)奏推進(jìn)。
然而這一切在愛因斯坦提出相對論之后就變了,他指出,之前我們的看法其實(shí)是不對的,實(shí)際上,時(shí)間不是一個(gè)對所有人都一樣的東西,而是與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)以及所處的引力場密切相關(guān),速度越快、引力場越強(qiáng),時(shí)間就越慢。
在接下來的日子里,他的觀點(diǎn)在實(shí)踐中得到了驗(yàn)證,其中一個(gè)典型的例子,就是全球定位系統(tǒng)。
要知道運(yùn)行在地球軌道上的衛(wèi)星速度很快,同時(shí)還處在較弱的引力場中,這兩種因素都會(huì)影響時(shí)間流逝的速度,人們發(fā)現(xiàn),如果不根據(jù)相對論進(jìn)行修正,其定位結(jié)果每12小時(shí)就會(huì)累積約7米的偏差,根本無法做到精確定位。
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那么問題就來了,如果不同的人時(shí)間流逝速度有可能存在不同,那“現(xiàn)在”到底是誰說了算呢?我們接著看。
通常情況下,我們會(huì)把時(shí)間想象成一條流動(dòng)的河流,從過去流向未來,但在相對論的框架下,更合理的圖景反而像一個(gè)整體結(jié)構(gòu)。
為方便理解,我們可以把整個(gè)宇宙想象成一整塊“時(shí)間面包”,這塊面包的每一片切片,代表一個(gè)“時(shí)刻”。關(guān)鍵在于,這些“切片”并不是一片片依次生成的,而是整體存在的,整個(gè)結(jié)構(gòu)從一開始就“擺在那里”。
這種觀點(diǎn)被稱為“塊宇宙模型”,在這個(gè)模型里,時(shí)間不再是流動(dòng)的,而是像空間一樣,是一個(gè)維度。
這看上去有點(diǎn)反直覺,但我們可以慢慢拆開來看。首先,空間本身就不是絕對的,你可以在房間里隨意移動(dòng),不同的位置只是空間中的不同點(diǎn)。
而時(shí)間在相對論中被認(rèn)為是一個(gè)類似的存在,它和空間一起構(gòu)成一個(gè)四維結(jié)構(gòu)——時(shí)空。
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在這個(gè)四維結(jié)構(gòu)中,每一個(gè)事件都有固定的位置,不僅有空間坐標(biāo),還有時(shí)間坐標(biāo)。在這樣的情況下,你的整個(gè)人生,就不是一個(gè)不斷生成的過程,而是一條已經(jīng)“鋪開”的路徑,而你的意識像一個(gè)探照燈,一點(diǎn)點(diǎn)掃過這條路徑,于是你才產(chǎn)生了“時(shí)間在流動(dòng)”的感覺。
事情變得更加奇妙的是,這些“時(shí)間切片”的劃分方式,并不是唯一的,也就是說,不同的觀察者,對“現(xiàn)在”的切法是不同的。
假設(shè)你和另一個(gè)人都靜止在地球上,那么你們的“現(xiàn)在”可以認(rèn)為是一致的,但如果第三個(gè)人坐在速度很快的宇宙飛船上,那他對“現(xiàn)在”的定義,就會(huì)和你們產(chǎn)生明顯差異,其“現(xiàn)在切片”會(huì)以一個(gè)不同的角度穿過整個(gè)時(shí)空結(jié)構(gòu)。
這就意味著,對你來說屬于“未來”的某個(gè)事件,在他看來,可能已經(jīng)是“現(xiàn)在”甚至“過去”,同樣,他眼中的“現(xiàn)在”,對你來說可能還沒有發(fā)生。
實(shí)際上,這被稱為“同時(shí)相對性”,也就是說,所謂的“同時(shí)”并不是絕對的,而是取決于觀察者的取決于觀察者所處的慣性參考系。
為什么運(yùn)動(dòng)會(huì)影響時(shí)間,甚至影響“現(xiàn)在”的定義呢?答案與光速密切相關(guān)(指真空中的光速,下同)。
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光速不但是光傳播的速度,它還是宇宙中信息傳播的極限速度,任何因果關(guān)系的建立,都不能超過這個(gè)速度。
更重要的是,光速對所有觀察者來說都是一樣的。不管你是靜止的,還是高速運(yùn)動(dòng)的,你測量到的光速都是同一個(gè)值。為了讓這個(gè)看似簡單的事實(shí)成立,時(shí)空本身必須“調(diào)整結(jié)構(gòu)”,于是時(shí)間和空間就不再是獨(dú)立的,而是互相牽連的。
這里可以用一種形象的說法來理解:你在時(shí)空中總是以“光速”前進(jìn),只不過這個(gè)“速度”在空間和時(shí)間兩個(gè)方向之間分配,如果你在空間中移動(dòng)得越快,那么在時(shí)間方向上的“前進(jìn)速度”就越慢,于是就出現(xiàn)了時(shí)間膨脹。
再進(jìn)一步,我們可以看看宇宙尺度上的現(xiàn)象。當(dāng)你抬頭看星空,其實(shí)是在看過去。比如北極星,它發(fā)出的光需要幾百年才能到達(dá)地球,當(dāng)你看到它時(shí),你看到的是幾百年前的狀態(tài),換句話說,宇宙中的不同位置,本身就對應(yīng)著不同的“時(shí)間切片”。
舉個(gè)例子,假如有一個(gè)外星文明,位于距離地球一百光年的地方,并且正以極高的速度向地球靠近,那么他們對地球“現(xiàn)在”的定義,可能會(huì)對應(yīng)我們未來的某個(gè)時(shí)間點(diǎn),對他們來說,那是現(xiàn)實(shí),對我們來說,那還沒有發(fā)生。
到這里,一個(gè)令人難以接受的理論就出現(xiàn)了,那就是:宇宙中并不存在一個(gè)統(tǒng)一的“現(xiàn)在”,而所謂“現(xiàn)在”,只是某個(gè)觀察者在特定狀態(tài)下,對時(shí)空進(jìn)行的一種切分方式,而這也就意味著,過去、現(xiàn)在和未來同時(shí)存在。
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那么問題就來了,既然如此,那我們還有自由意志嗎?畢竟在“塊宇宙”的視角下,我們的一生似乎已經(jīng)作為一條完整的路徑存在于時(shí)空之中,我們未來的每一個(gè)選擇,似乎都已經(jīng)“在那里”。
實(shí)際上,這個(gè)問題目前并沒有確定的答案,有觀點(diǎn)傾向于認(rèn)為,經(jīng)典相對論確實(shí)支持某種“決定論”的宇宙觀,但另一方面,量子力學(xué)引入了概率和不確定性,認(rèn)為事件的結(jié)果并不是完全確定的,而是以概率分布的形式存在。
這兩種理論之間的沖突,到今天仍然沒有完全解決,因?yàn)槲覀冞€沒有一個(gè)統(tǒng)一的理論,能夠同時(shí)兼容相對論的時(shí)空結(jié)構(gòu)和量子力學(xué)的不確定性。
不過,有一點(diǎn)是比較清楚的,那就是我們感受到的“時(shí)間流逝”,很可能并不是宇宙的基本屬性,而是一種由意識產(chǎn)生的體驗(yàn),我們的大腦在不斷處理信息,把不同的時(shí)刻串聯(lián)起來,于是形成了連續(xù)的時(shí)間感。
而從物理學(xué)的角度看,我們并不是在時(shí)間中“移動(dòng)”,而是作為一個(gè)整體存在于時(shí)空中,我們的過去沒有消失,未來也不是尚未生成,它們都在這個(gè)四維結(jié)構(gòu)中占據(jù)著位置。
這聽起來可能有點(diǎn)令人難以接受,因?yàn)樗鼊?dòng)搖了我們對現(xiàn)實(shí)最基本的直覺,但換一個(gè)角度看,這種圖景也有某種獨(dú)特的意味,因?yàn)槲覀兩械拿恳粋€(gè)瞬間,無論是快樂還是痛苦,都不會(huì)真正“消失”,它們會(huì)永遠(yuǎn)存在于時(shí)空之中。
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愛因斯坦曾說過一句話,大意是:對于信仰物理學(xué)的人來說,過去、現(xiàn)在和未來之間的區(qū)別,只是一種頑固的幻覺。
這句話之所以被反復(fù)引用,不是因?yàn)樗寺且驗(yàn)樗敝敢粋€(gè)事實(shí)——我們的直覺,很可能并不適合用來理解宇宙的本質(zhì)。
至于這究竟意味著什么,其實(shí)更多取決于你如何理解“存在”本身。總而言之,物理學(xué)給出的,只是一種描述世界的方式,而我們?nèi)绾闻c這個(gè)世界相處,依然是一個(gè)開放的問題。
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