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時間是幻象還是真實存在？ 2013/12/24| 數十年前，科學家將量子理論套用到宇宙上，得到的方程式卻不意消滅了時間。時間的流逝究竟是真實存在，還是我們認知的錯覺？施莫林教授提出大膽的見解，認為我們就是時間存在的證明。他畫出的宇宙連環圖是什麼樣的光景呢？ 作者／羅伯特? 馬修斯（RobertMatthews） 譯者／甘錫安 時間掌控我們的生活，每個人都希望擁有更多時間。企業用時間賺取金錢，科學家則能測量到非常準確的時間。今年稍早，美國研究人員發表一款原子鐘，這款鐘倘若在137億年前宇宙誕生時啟動，至今誤差也不超過一秒。 不過，時間究竟是什麼？儘管我們都很熟悉這個概念，但即使是最偉大的思想家也難以用言語來描述它。一千六百多年以前，哲學家奧古斯丁（Augustineof Hippo）便承認：「如果沒有人問我（時間是什麼），那我知道。但若是有人問起，我解釋不了。」 加拿大的圓周理論物理研究院（PerimeterInstitute for Theoretical Physics）專門研究物理學的基礎問題，該研究院的創辦人之一李?施莫林教授（LeeSmolin）與這項難題纏鬥許久，他表示：「面對科學時，了解時間的本質是最重要的關鍵。」 施莫林投身物理界難題的時間比大多數人更長。他為什麼認為時間的本質如此重要？施莫林說，這是因為若要了解事實，時間是核心的鑰匙。 對大多數人而言，這個看法似乎有點言過其實。無論是大霹靂還是週末烤肉，各種形式的事實都取決於時間，我們不是早該認真看待時間了？科學家難道沒有在幾百年前揭開時間的奧祕嗎？ 披荊斬棘追尋萬有定律 科學家的確著手探究了時間的奧祕，只是結論相當驚人。他們主張，根據最成功的物理學理論，時間並不存在。 但現在施莫林有新消息要告訴這些科學家。他認為這些科學家受到根深柢固的想法和晦澀難解的數學誤導，忽視時間是真實存在的。他在頗具爭議的新書《時間重生》（TimeReborn）中表示，堅持這種愚蠢想法很危險，而接受時間是萬象的根基，則前景可期。如果他的說法正確，那麼時間不僅並非無足輕重，而且還是解釋宇宙運行的關鍵，甚至與我們的存在息息相關。 施莫林非常清楚自己挑起了極大的爭議。「科學界視時間為幻象，這點很難對付。」他表示，「這反對時間存在的理論核心，依憑的是我們理解物理定律的方式。」他的意思不是說物理定律錯了，只是科學家沒有理解它們真正的來源。「根據以往的見解，宇宙中發生的一切都受物理定律主宰。」他說，「物理定律是絕對的，不受時間影響。」這項特性使得物理定律能非常有效地預測未來：只要在重力定律代入地球今天的位置，就可計算出一百萬年後地球的準確位置。 這些物理定律似乎也顯示了時間真正的性質。施莫林表示：「物理定律顯示，時間流只是個方便的假象，可藉由計算加以取代。」換句話說，時間只是讓方程式吐出正確答案的小技巧。 物理定律和時間概念彷彿威力無窮，受到鼓舞的物理學家開始想找出足以解釋萬物（包括宇宙整體）性質的定律，但卻屢屢遭遇難題。 三百多年前，牛頓試圖將他的萬有引力定律套用在整個宇宙，卻發現在處理無限空間時失效了。一世紀前，愛因斯坦提出更周全的重力理論「廣義相對論」，成功套用在宇宙上，但在大尺度上解釋大霹靂時還是失敗了。 1905年，愛因斯坦發表「狹義相對論」，根據此理論，時間是相對而不是絕對的。他預測，相對運動的時鐘所測得的時間，會比靜止的時鐘來得慢。 時間只是一個個畫格？ 1960年代中期，美國理論學家約翰?惠勒（JohnWheeler）和布萊斯?戴維特（BryceDeWitt）決定將所有科學領域中最成功的理論─量子理論套用在宇宙上，看看能否得到新結果。量子理論大多運用在次原子世界，不過至少理論上它可以解釋萬物，包含宇宙的大尺度運作。 惠勒和戴維特成功推導出複雜得嚇人的方程式。根據量子理論，這個方程式描述了宇宙的真實性質，不過當中有一點相當令人震驚。就是這個方程式包含許多物理量，但大家都認為應該出現的某一項卻缺席了，那就是代表時間的「t」。 「根據惠勒－戴維特方程式，宇宙的量子狀態是凍結的。」施莫林表示，「量子宇宙是不會改變的宇宙，一直停留在現狀。」這與我們所見的真實天差地遠。 戴維特（左二，攝於1972年）運用量子理論，將宇宙描述為靜止不變。 天文學家堅稱宇宙誕生自大霹靂，現在仍不斷膨脹。不斷有恆星誕生和死亡，人類也是如此。這中間一定有什麼差錯。 許多理論學家試圖找出方法，讓惠勒－戴維特方程式所描述的「沒有時間」的宇宙，出現我們所認知到的時間。施莫林表示：「我詳加研究過這些方法，但我仍然認為它們全都無濟於事。」他確信，只有從根本上重新思考時間，才能解決這個危機。 不過，不是每個人都同意這個說法。有些人堅持，無論我們覺得多難接受，惠勒－戴維特方程式確實揭示了時間的真相。抱持這類看法的人士中，以英國牛津大學客座教授、理論物理學家朱利安?巴伯（JulianBarbour）最為著名。他投入數十年時間探索惠勒－戴維特方程式的意義，1999年出版了相當出名的巨著《時間的終結》（TheEnd of Time）。 巴伯的看法與施莫林不同，他堅持我們不能忽視惠勒－戴維特方程式中的時間意涵。他主張宇宙其實是一大批靜止的「現在」，就像宇宙影片膠卷上的畫格。要解釋宇宙的運作，在任何時刻（或「現在」）都不需要考慮時間。時間的流動感來自我們的心智處理這些畫格（巴伯稱之為「時間膠囊」），但時間本身並不存在。 施莫林十分讚揚巴伯的研究成果，他說：「這是理解量子宇宙論的最佳思考方法。」他甚至在自己的理論中納入巴伯的某些最新想法。不過他認為巴伯的概念和各種「沒有時間」的宇宙理論具有相同的缺陷：它難以提出可檢驗的預測，而且無法解釋沒有時間的物理定律最初從何而來。 宇宙演化論證明時間存在？ 施莫林認為自己能解決這些麻煩，甚至做得更多。為了達到這個目標，他開始研究目前全宇宙最奇特的物體：黑洞。 黑洞由巨大的恆星塌縮形成，最出名的特點是重力場極強，連光都逃不出它的掌握。我們目前仍不確定黑洞內部發生什麼事，但依據量子理論的線索，黑洞中心可能是全新宇宙的誕生地，每個新宇宙各自遵循不同的物理定律。 施莫林指出，如果這個說法正確，那麼達爾文的天擇理論可套用在宇宙上，最常見的宇宙將是最適合孕育黑洞的宇宙。他表示，我們可在我們的宇宙中檢驗這套理論。歷經無數次宇宙演化之後，我們的宇宙現在應該是按照適合孕育黑洞的物理定律運作。根據施莫林的說法，天文物理學家可以檢視這是否正確，並且回溯相關證據的發生時間（參見〈恆星寫成的時間證據〉一欄）。 不過，最令人驚訝的證據或許是人類的存在。巨大恆星在超新星爆炸中死亡，黑洞於焉誕生。有趣的是，這些恆星也製造了形成生命所需的碳、氧和其他元素。沒有這些巨大的恆星，就沒有孕育宇宙的黑洞，也沒有不斷演變的物理定律，當然也沒有人類。 因此施莫林提出，人類的存在或許正是宇宙演化的證據。由於演化得花時間，所以時間確實存在。這種證明時間真實性的論證方式相當令人驚奇，不是所有人都接受。德國科隆大學理論學家克勞斯?基佛（ClausKiefer）教授表示：「說這些講法投機我覺得不為過。」他甚至從頭質疑施莫林這番論述：「目前完全沒有證據能證明新宇宙是誕生自黑洞內部。」 爭辯仍待「時間」釐清 然而有一點大家都同意：時間的確感覺像是真的。而且毫無疑問地，施莫林的證明方式十分大膽。 如果他是對的，那麼我們的宇宙只是無窮系列中最新的一個。宇宙隨著時間相繼出現，物理定律演化至今，不僅變得適合形成黑洞（新宇宙的誕生地），還適合形成生命（包括人類）的基礎元素。換句話說，時間解釋了我們的宇宙為何正好具備適合人類生存的條件。 所以，施莫林的說法是否正確？還是如多數理論學家所說，時間其實只是幻象？只有時間能證明了。▉ 作者：羅伯特?馬修斯英國阿斯頓大學科學客座副教授。
譯者：甘錫安 專職譯者，長期翻譯科學類雜誌及書籍。 |
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