对大多数人来说，时间的巨大谜团似乎是永远都不够用。如果这能带来安慰的话，物理学家也面临着同样的问题。物理定律包含一个时间变量，但它未能捕捉到我们生活中的时间的关键方面——尤其值得注意的是过去和未来之间的区别。而且，当研究人员试图制定更基本的定律时，小小的t完全消失了。受阻之下，许多物理学家向一个陌生的来源寻求帮助：哲学家。
来自哲学家？对大多数物理学家来说，这听起来相当古怪。有些人最接近哲学的时候，是在深夜喝黑啤酒时进行的谈话。即使是那些读过严肃哲学的人，通常也怀疑它的用处；在读了十几页伊曼努尔·康德之后，哲学开始看起来像是在追求不可确定的事物。麻省理工学院的物理学家马克斯·泰格马克说：“说实话，我认为我的大多数同事都害怕与哲学家交谈——就像被人撞见从色情电影院出来一样。”
情况并非总是如此。哲学家在过去的科学革命中发挥了关键作用，包括20世纪早期量子力学和相对论的发展。今天，一场新的革命正在进行中，物理学家们正努力将这两种理论合并成量子引力理论——一种将不得不调和两种截然不同的时空概念的理论。法国艾克斯-马赛大学的卡洛·罗韦利是这项工作的领导者，他观察到“哲学家对量子引力中时空新理解的贡献将非常重要。”
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两个例子说明了物理学家和哲学家是如何汇集资源的。第一个例子涉及“冻结时间问题”，也简称为“时间问题”。当理论家试图使用一种称为正则量子化的程序将爱因斯坦的广义相对论转化为量子理论时，就会出现这个问题。该程序在应用于电磁理论时效果极佳，但在相对论的情况下，它产生了一个没有时间变量的方程——惠勒-德威特方程。从字面上看，该方程预测宇宙应该冻结在时间中，这与我们所看到的直接矛盾。
不要再浪费时间
这种不幸的结果可能反映了程序本身的一个缺陷，但一些物理学家和哲学家认为，它有更深层次的根源，一直追溯到相对论的创始原则之一：物理定律对于所有观察者都是相同的。物理学家从几何角度思考这一原则。两位观察者将感知到时空具有两种不同的形状，这对应于他们对谁在移动以及什么力在起作用的看法。每种形状都是另一种形状的平滑变形版本，就像咖啡杯是重新塑形的甜甜圈一样。相对论认为，这种差异不可能是意义重大的。因此，任何两种这样的形状在物理上都是等价的。
在20世纪80年代后期，匹兹堡大学的哲学家约翰·厄尔曼和约翰·D·诺顿认为，广义相对论对一个古老的形而上学问题具有惊人的意义：空间和时间是否独立于恒星、星系及其它内容而存在（一种被称为实体主义的立场），或者它们仅仅是描述物理对象之间关系的 искусственное 工具（关系主义）？正如诺顿所写：“它们就像艺术家在上面绘画的画布吗？无论艺术家是否在上面绘画，它们都存在吗？还是它们类似于亲子关系？在有父母和孩子之前，没有亲子关系。”
他和厄尔曼重新审视了阿尔伯特·爱因斯坦长期以来被忽视的思想实验。考虑一块空的时空区域。在这个洞之外，根据相对论方程，物质的分布确定了时空的几何形状。然而，在内部，这些方程允许时空呈现各种形状。时空的行为就像一个帆布帐篷。代表物质的帐篷杆迫使帆布呈现某种形状。然而，如果你拿掉一根杆子，相当于制造了一个洞，帐篷的一部分可能会下垂、向外弯曲或在风中不可预测地波动。类似的歧义无处不在，而不仅仅是在洞中。
这个思想实验提出了一个两难困境。如果连续统本身就是一个事物（正如实体主义所认为的那样），那么广义相对论必须是不确定的——也就是说，它对世界的描述必须包含随机性元素。为了使理论是确定性的，时空必须仅仅是一种虚构（正如关系主义所认为的那样）。乍一看，这似乎是关系主义的胜利。其他理论，如电磁学，是基于类似于关系主义的对称性，这也有助于关系主义。
但是关系主义也有自己的麻烦。它是冻结时间问题的最终来源：空间可能会随着时间推移而变形，但如果它的许多形状都是等价的，那么它永远不会真正改变。此外，关系主义与量子力学的实体主义基础相冲突。如果时空没有固定的意义，那么如何才能在特定的地点和时刻进行观测，正如量子力学似乎要求的那样？
对这个两难困境的不同解决方案导致了非常不同的量子引力理论。一些人，如罗韦利和英国物理学家朱利安·巴伯，正在尝试一种关系主义的方法；他们认为时间不存在，并一直在寻找将变化解释为幻觉的方法。另一些人，包括弦理论家，则倾向于实体主义。
加州大学圣地亚哥分校的哲学家克雷格·卡伦德说：“这是物理哲学价值的一个很好的例子。”“如果物理学家认为正则量子引力中的时间问题仅仅是一个量子问题，那么他们正在损害他们对这个问题的理解——因为这个问题已经困扰我们很久了，而且更加普遍。”
熵在运行
哲学家贡献的第二个例子涉及时间之箭——过去和未来的不对称性。许多人认为，时间之箭可以用热力学第二定律来解释，该定律指出，熵（粗略地定义为系统内的无序量）随时间增加。然而，没有人能真正解释第二定律。
19世纪奥地利物理学家路德维希·玻尔兹曼提出的主要解释是概率性的。基本思想是，一个系统无序的方式比有序的方式更多。如果系统现在相当有序，那么它可能在片刻之后会更加无序。然而，这种推理在时间上是对称的。系统可能在前一刻也更加无序。正如玻尔兹曼所认识到的，确保熵在未来增加的唯一方法是，如果它在过去以低值开始。因此，第二定律与其说是一个基本真理，不如说是一个历史偶然事件，可能与宇宙大爆炸早期的事件有关。
剑桥大学的哲学家休·普莱斯认为，几乎每一种解释时间不对称性的尝试都存在循环论证——一些隐藏的时间不对称性预设。这种谬误也扭曲了物理学家解释量子力学的方式。普莱斯的工作是哲学家如何能够像亚利桑那大学的哲学家理查德·希利所说的那样，充当“实践物理学家的知识良知”的一个例子。他们接受过逻辑严谨的训练，是追踪细微偏差的专家。
如果我们总是听从自己的良知，生活将会变得很无聊，而物理学家在忽视哲学家时往往做得最好。然而，在与我们自己逻辑跳跃的永恒斗争中，良知有时是我们唯一可以依靠的东西。