四川
幾乎每個人都在看時間、算時間，可真被問到 "時間到底是什么"，十有八九答不上來。直到今天，人類最成功的兩大物理理論，對時間的理解還在互相矛盾。
廣義相對論和量子力學對時間的理解，竟然完全不同。
在愛因斯坦的廣義相對論里，時間不是宇宙的背景，而是時空的一部分，和空間綁定在一起。質量和能量會彎曲時空，引力越強，時間流逝越慢。速度越快，時間流逝也越慢。
比如 GPS 衛(wèi)星上的原子鐘，同時受狹義和廣義相對論影響，每天比地面時鐘快幾十微秒。GPS 衛(wèi)星的原子鐘每天比地面快幾十微秒，不修正導航就會出大錯。這也證明了廣義相對論的時間觀是對的。
而量子力學描述微觀粒子世界，核心的薛定諤方程里，時間只是一個外部參數(shù)，不像位置、動量那樣有對應的物理算符。量子力學里沒有公認的時間算符，時間就像一個永遠滴答的背景時鐘，為所有量子過程提供統(tǒng)一節(jié)拍，這和牛頓的絕對時間觀沒區(qū)別。
可以簡單比喻：廣義相對論把時間當成演員，它會參與宇宙演化；量子力學把時間當成舞臺，只是固定的背景。這兩種觀點根本沒法兼容，也是現(xiàn)代物理學最大的難題之一。
很多人都好奇，為什么時間只能向前走？我們記得昨天卻記不得明天，雞蛋摔碎不會自動復原，人變老了也沒法回到童年。
有意思的是，不管廣義相對論還是量子力學，基礎方程都滿足時間反演對稱。把時間方向反過來，方程照樣成立。這意味著在最基本的規(guī)律里，過去和未來沒有本質區(qū)別。那我們感受到的時間箭頭，到底從哪來？
目前最被認可的解釋來自熱力學第二定律：孤立系統(tǒng)的總熵不會減少。熵可以理解為系統(tǒng)的無序程度，覆水難收、破鏡難圓，本質都是系統(tǒng)從有序走向無序。人們把熵增進的方向，當成了時間箭頭的方向。
很多人有個誤區(qū)，以為熵只能增加。其實熱力學第二定律說的是孤立系統(tǒng)，我們生活的地球、家里的冰箱、自己的身體，都不是孤立系統(tǒng)。局部完全可以實現(xiàn)熵減，比如把摔碎的玻璃杯重新融化再做成新的，用電能維持冰箱的低溫，甚至未來能讓人返老還童。
哪怕未來能讓人返老還童，也只是局部熵減，時間不會真的倒流。因為這些熵減的過程，都會消耗能量，向周圍釋放更多熱量，最終還是會讓整個宇宙的熵增加。你依然只會記得過去，不會記得未來，先有因后有果的邏輯不會變。
另一個熱門問題，宇宙大爆炸之前有時間嗎？按照現(xiàn)代宇宙學模型，大約 138 億年前，宇宙從大爆炸開始膨脹，演化成今天的樣子。描述宇宙演化要用廣義相對論，而廣義相對論里，時間和空間不是獨立的，它們共同構成四維時空。
也就是說，大爆炸不僅創(chuàng)造了物質和能量，也創(chuàng)造了時間和空間本身。從這個角度說，"大爆炸之前是什么" 這個問題，可能根本沒有物理意義。就像問 "大海出現(xiàn)前，海浪是什么"，問題本身超出了定義范圍。
當然，科學家也提出循環(huán)宇宙、大反彈宇宙等模型，認為大爆炸之前宇宙還有歷史。但到目前為止，還沒有直接觀測證據(jù)能證明這些設想，大爆炸之前是否存在時間，仍是現(xiàn)代宇宙學未解決的問題。
有些物理學家更大膽，認為時間可能根本不是宇宙最基本的屬性。在一些量子引力理論里，描述宇宙的基本方程里甚至看不到時間變量。這意味著在宇宙最深層的結構中，也許沒有我們熟悉的過去、現(xiàn)在和未來。
時間可能和溫度一樣，是大量微觀粒子集體運動后涌現(xiàn)出的宏觀現(xiàn)象。單個分子沒有溫度，溫度是無數(shù)分子集體運動的結果；同樣，時間也可能不是宇宙最底層的組成部分。
現(xiàn)在科學家正在探索的量子引力、弦理論、快宇宙理論，都是為了回答這個終極問題：時間到底是真實存在的東西，還是我們意識感受到的一種表象？
回到最開始的問題，時間到底是什么？愛因斯坦說它是時空的一部分，和宇宙物質融為一體；量子力學說它是描述演化的背景參數(shù)；熱力學說熵增表現(xiàn)了時間的前進方向；量子引力理論甚至暗示，時間可能根本不存在。
如果有一天我們真正理解了時間，或許也就理解了宇宙本身。
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