在我们日常生活中面临的所有压力中,不可否认的是,时间的本质具有最深远的影响。随着日子、周、月、年的流逝,时间从过去移动到现在,再到未来,而不是相反。
但根据支配我们宇宙的物理学,无论时间向哪个方向行驶,都会发生同样的事情。现在物理学家认为,引力还不足以迫使宇宙中的每个物体都向前移动。
那么我们所知道的时间到底是真实存在的,还是仅仅存在于我们的头脑中呢?首先,让我们回顾一下所谓的时间之箭。
感谢向前的时间之箭,年轻变老,过去变成现在,曾经是未来。你无法解开你的鸡蛋,你也无法控制一条断腿。
但是,如果我们暂时忘记自己的观点,直接缩小范围,将宇宙视为一个整体,那么据我们所知,唯一控制宇宙行为的就是物理定律。
问题在于,除了其中一项之外,所有这些定律都被认为是完全时间可逆的——这意味着无论时间是向前还是向后运行,都会发生相同的效果。
“无论是通过牛顿的万有引力、麦克斯韦的电动力学、爱因斯坦的特殊和,或者量子力学,如果时间向前或向后流动,所有最能描述我们宇宙的方程都会完美地工作,”李·比林斯 (Lee Billings) 为科学美国人。
宇宙中这种“时间可逆”性质的一个例子是行星根据万有引力绕恒星运行的路径。
“无论时间向前还是向后运行,行星轨道都遵循完全相同的路径。唯一的区别是轨道的方向,”布伦丹·科尔(Brendan Cole)在今年早些时候为我们解释过。
那么时间是主观的吗?这可能就是什么爱因斯坦的狭义相对论说,但有一个叫做第二定律的东西。
根据热力学第二定律,随着时间的推移,无序程度——或熵- 宇宙中的事物总是会增加。这可以追溯到那些炒鸡蛋——一旦它们被扰乱,你就无法返回并减少应用于特定系统的扰乱程度。
“出于这个原因,物理学家不情愿地选择了第二定律作为时间之箭的来源:事情发生后,无序度总是会增加,这就要求时间只能朝一个方向移动,”科尔解释道。
如果您觉得这一切开始有点混乱,那是因为事实确实如此。
许多物理学家现在怀疑,当重力迫使足够多的微小粒子相互作用时,向前的时间箭头就会出现,熵就会增加。然后规则会发生变化以支持更多无方向的宇宙只有当这些微小颗粒开始相互作用时与更大的东西。
但要实现这一点,熵必须增加,这意味着宇宙一开始必须比现在更加有序——一些物理学家试图通过暗示存在来解释这一点平行宇宙时间向前、向后、横向运行,凡是你能想到的。
为了弄清楚现代科学中最大难题之一的真相,两位物理学家决定测试重力是所有这些疯狂背后的力量的假设。
粒子被认为从受时间之箭控制转变为受宇宙无方向定律控制的点被称为退相干。
正如尼克·斯托克顿所解释的那样有线解释退相干的最著名的假设是惠勒-德威特方程,该方程预测量子力学和经典力学之间的接缝何时会因重力而被消除。
但是,当哈佛大学的物理学家德米特里·波多尔斯基(Dmitry Podolsky)和安斯泰来全球再生医学负责人罗伯特·兰扎(Robert Lanza)通过惠勒-德威特方程进行重力测量时,他们发现,一旦进行数学计算,该方程并不能解释时间如何前进。 - 移动方向实际上出现了。
事实上,根据他们的结果,重力的影响发生得太慢,无法解释普遍的时间箭头。
正如斯托克顿指出的,如果引力太弱,无法在分子“退相干”成更大的物体时将分子之间的相互作用保持在一起,那么它就不可能强大到足以迫使它们在时间上朝同一方向移动。
“我们的论文表明,时间不仅仅存在于从过去到未来的滴答作响的‘外面’,而是一种新兴的属性,取决于观察者保存有关经历过的事件的信息的能力,”兰扎为发现。
这表明时间之箭是主观的,由观察者(即我们)决定。
“爱因斯坦在他的相对论论文中表明,时间与观察者相关。”兰扎告诉有线。 “我们的论文更进一步,认为观察者实际上创造了它。”
这个想法当然是有争议的,因为正如未参与这项研究的加州大学伯克利分校物理学家 Yasunori Nomura 指出的那样,两人没有考虑到时空的结构,而必须在方程中引入一个质量- “观察者时间” - 没有人确定它是真实的。
“答案取决于是否可以在不包括系统中观察者的情况下以数学方式定义时间概念,”野村证券说。
如果我们想解释宇宙中时间的奇异性,我们还没有做到这一点,但正如兰扎和波多尔斯基所暗示的那样,也许我们遗漏了一些东西。正如研究人员建议的那样今年早些时候,有可能是这样吗?