及时行乐，岁月不饶人。
17世纪英国诗人罗伯特·赫里克如是写道，捕捉了“光阴似箭”这一普遍的陈词滥调。 谁又能怀疑它不是这样呢？ 时间的流逝可能是人类感知最基本的方面，因为我们感受到时间在我们内心深处悄然流逝，这种方式比我们对空间或质量的体验更亲切。 时间的流逝被比作飞逝的箭矢和奔流不息的河流，无情地将我们从过去带向未来。 莎士比亚写到了时间的飞轮，他的同胞安德鲁·马维尔写到了时间之翼战车匆匆驶近。
尽管这些意象引人入胜，但它们与一个深刻而具有破坏性的悖论相悖。 已知的物理学中没有任何东西与时间的流逝相对应。 事实上，物理学家坚持认为时间根本不流动； 它只是存在。 一些哲学家认为，时间流逝的概念本身就是荒谬的，而关于时间的河流或流动的说法是基于误解。 物理世界经验中如此基本的东西怎么会变成身份误判的案例？ 或者，是否存在科学尚未发现的时间的关键属性？
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时间并非本质
在日常生活中，我们将时间分为三个部分：过去、现在和未来。 语言的语法结构围绕着这种基本区分而展开。 现实与当下时刻相关联。 我们认为过去已经消失，而未来则更加虚无缥缈，细节尚未形成。 在这幅简单的图景中，我们意识中的“现在”稳步向前滑动，将曾经在未成形的未来中的事件转化为具体的但转瞬即逝的现在现实，然后将它们降级为固定的过去。
尽管这种常识性的描述看似显而易见，但它与现代物理学严重不符。 阿尔伯特·爱因斯坦在给朋友的信中写道，过去、现在和未来都只是一种幻觉，即使是顽固的幻觉，他因此而闻名。 爱因斯坦令人震惊的结论直接源于他的狭义相对论，该理论否认当下时刻具有任何绝对的、普遍的意义。 根据该理论，同时性是相对的。 如果从一个参考系观察，同时发生的两个事件，如果从另一个参考系观察，可能会在不同的时刻发生。
像“现在火星上正在发生什么？”这样看似无害的问题没有明确的答案。 关键点在于地球和火星相距遥远——最远可达约 20 光分钟。 由于信息传播速度不可能超过光速，因此地球上的观察者无法在同一瞬间知道火星上的情况。 他必须在事件发生后，当光有机会在行星之间传递时，才能推断出答案。 推断出的过去事件将因观察者的速度而异。
例如，在未来载人火星探险期间，地球上的任务控制人员可能会说：“我想知道琼斯指挥官现在在阿尔法基地做什么。” 看着他们的时钟，看到火星上的时间是下午 12:00，他们的答案可能是“正在吃午餐”。 但是，同一时刻以接近光速的速度掠过地球的宇航员，在查看他的时钟后，可能会说火星上的时间早于或晚于 12:00，具体取决于他的运动方向。 该宇航员对关于琼斯指挥官活动的问题的回答将是“正在做午餐”或“正在洗碗”[参见第 86 页的方框]。 这种不匹配是对任何试图赋予当下时刻特殊地位的尝试的嘲弄，因为那个时刻指的是谁的“现在”？ 如果你和我处于相对运动状态，那么我可能判断为尚未确定的未来的事件，对你来说可能已经存在于固定的过去中。
最直接的结论是，过去和未来都是固定的。 因此，物理学家更倾向于将时间视为完全展开的——一个时间景观，类似于景观——所有过去和未来的事件都位于那里。 这是一种有时被称为“块状时间”的概念。 在对自然的这种描述中，完全没有将特权特殊时刻挑出来作为现在的任何东西，也没有任何系统地将未来事件变成现在，然后变成过去事件的过程。 简而言之，物理学家的时间不会流逝或流动。
时间如何不飞逝
多年来，许多哲学家通过研究我们通常所说的时间流逝，得出了相同的结论。 他们认为这个概念在内在逻辑上是不一致的。 毕竟，“流动”的概念指的是运动。 通过衡量物理物体（例如穿过空间的箭）的位置如何随时间变化，来谈论物理物体的运动是有意义的。 但是，时间本身的运动可以附加什么含义呢？ 相对于什么运动？ 其他类型的运动将一个物理过程与另一个物理过程联系起来，而所谓的时间流动则将时间与自身联系起来。 提出一个简单的问题“时间流逝有多快？” 暴露了这个想法本身的荒谬性。 琐碎的答案“每秒一秒”根本没有告诉我们任何信息。
尽管我们发现在日常事务中提及时间流逝很方便，但这个概念并没有传达任何没有它就无法传达的新信息。 考虑以下情景：爱丽丝希望过一个白色圣诞节，但是当圣诞节来临时，她很失望，因为只下雨了； 然而，她很高兴第二天下了雪。 尽管这种描述充满了时态和对时间流逝的提及，但仅仅通过将爱丽丝的精神状态与日期相关联，就可以传达完全相同的信息，这种方式省略了所有对时间流逝或世界变化的提及。 因此，以下冗长而相当枯燥的事实目录就足够了：
12月24日：爱丽丝希望过一个白色圣诞节。
12月25日：下雨了。 爱丽丝很失望。
12月26日：下雪了。 爱丽丝很高兴。
在这种描述中，没有任何事情发生或改变。 仅仅是世界在不同日期的状态以及爱丽丝相关的精神状态。
类似的论点可以追溯到古希腊哲学家，如巴门尼德和芝诺。 一个世纪前，英国哲学家约翰·麦克塔格特试图明确区分对世界的描述，即根据事件发生的描述（他称之为 A 系列），以及根据与世界状态相关的日期的描述（B 系列）。 每一种似乎都是对现实的真实描述，但两种观点似乎相互矛盾。 例如，爱丽丝失望的事件曾经在未来，然后在现在，然后在过去。 但是过去、现在和未来是互斥的类别，那么一个单一的事件怎么可能具有属于所有三个类别的特征呢？ 麦克塔格特利用 A 系列和 B 系列之间的这种冲突来论证时间本身的不真实性，这可能是一个相当极端的结论。 大多数物理学家会以不那么戏剧化的方式表达：时间的流逝是不真实的，但时间本身与空间一样真实。
恰逢其时
在关于时间流逝的讨论中，一个主要的困惑来源是它与所谓的“时间之箭”的联系。 否认时间流动并不是声称过去和未来的指称没有物理基础。 世界上的事件无疑形成一个单向序列。 例如，掉在地上的鸡蛋会摔成碎片，而相反的过程——破碎的鸡蛋自发地组装成一个完整的鸡蛋——是永远不会发生的。 这是热力学第二定律的一个例子，该定律指出，封闭系统的熵（粗略定义为它的无序程度）会随着时间的推移而增加。 完整的鸡蛋比破碎的鸡蛋具有更低的熵。
因为自然界中充满了不可逆转的物理过程，所以热力学第二定律在时间轴上过去和未来方向之间在世界上留下明显的非对称性方面起着关键作用。 按照惯例，时间之箭指向未来。 然而，这并不意味着箭正在向未来移动，正如指南针指针指向北方并不表示指南针正在向北移动一样。 这两个箭头都象征着不对称性，而不是运动。 时间之箭表示世界在时间上的不对称性，而不是时间的不对称性或流动。 过去和未来的标签可以合法地应用于时间方向，正如向上和向下可以应用于空间方向一样，但是谈论过去或未来就像谈论向上或向下一样毫无意义。
过去性或未来性与过去或未来之间的区别，可以通过想象一部电影来生动地说明，例如，鸡蛋掉到地板上并破碎。 如果胶片在放映机中倒放，每个人都会看到这个序列是不真实的。 现在想象一下，如果将胶片剪成帧，并将帧随机打乱。 对于某人来说，将一堆帧重新排列成正确排序的序列将是一项简单的任务，破碎的鸡蛋在堆栈的顶部，完整的鸡蛋在底部。 这个垂直堆栈保留了时间之箭所暗示的不对称性，因为它在垂直空间中形成了一个有序的序列，这证明时间的不对称性实际上是世界状态的属性，而不是时间本身的属性。 实际上不需要将胶片作为电影放映才能辨别时间之箭。
鉴于大多数物理学和哲学对时间的分析都未能发现任何时间流动的迹象，我们仍然面临着某种神秘之处。 我们应该将世界处于持续变化状态的强烈而普遍的印象归因于什么？ 一些研究人员，特别是已故诺贝尔奖获得者化学家伊利亚·普里戈金，认为不可逆过程的微妙物理学使时间流动成为世界的客观方面。 但我和其他人认为这是一种错觉。
毕竟，我们并没有真正观察到时间的流逝。 我们实际观察到的是，世界后来的状态与我们仍然记得的早期状态不同。 我们记住过去而不是未来的事实，是对时间不对称性而不是时间流逝的观察。 除了有意识的观察者之外，没有人能记录时间的流逝。 时钟测量事件之间的时间间隔，就像卷尺测量地点之间的距离一样； 它不测量一个时刻接替另一个时刻的速度。 因此，时间的流逝似乎是主观的，而不是客观的。
活在当下
这种错觉迫切需要解释，而这种解释需要在心理学、神经生理学，甚至可能是语言学或文化中寻找。 现代科学才刚刚开始考虑我们如何感知时间流逝的问题； 我们只能推测答案。 这可能与大脑的功能有关。 如果你转几圈然后突然停下来，你会感到头晕。 主观上，似乎世界相对于你在旋转，但是你眼睛的证据足够清楚：事实并非如此。 你周围环境的明显运动是内耳液体旋转产生的错觉。 也许时间流动也是类似的。
时间不对称性有两个方面可能会产生时间正在流逝的错误印象。 第一个方面是过去和未来之间的热力学区别。 正如物理学家在过去几十年中意识到的那样，熵的概念与系统的信息内容密切相关。 因此，记忆的形成是一个单向过程——新的记忆会增加信息并提高大脑的熵。 我们可能会将这种单向性感知为时间的流动。
第二种可能性是，我们对时间流逝的感知在某种程度上与量子力学有关。 从量子力学提出的早期开始，人们就认识到时间以一种独特的方式进入该理论，与空间完全不同。 时间的特殊作用是量子力学与广义相对论如此难以融合的原因之一。 海森堡不确定性原理（根据该原理，自然本质上是不确定的）意味着开放的未来（以及，就此而言，开放的过去）。 这种不确定性在原子尺度上表现得最为明显，并决定了表征物理系统的可观察属性通常从一个时刻到下一个时刻都是不确定的。
例如，一个电子撞击一个原子可能会在许多方向上弹开，并且通常不可能预先预测在任何给定情况下结果会是什么。 量子不确定性意味着对于特定的量子态，存在许多（可能是无限的）替代未来或潜在现实。 量子力学提供了每个可观察结果的相对概率，尽管它不会说哪个潜在未来注定要成为现实。
但是，当人类观察者进行测量时，只会获得一个结果； 例如，会发现反弹的电子沿某个方向移动。 在测量行为中，一个单一的、特定的现实从大量的可能性中投射出来。 在观察者的头脑中，可能性转变为现实，开放的未来转变为固定的过去——这正是我们所说的时间流动。
物理学家对这种从多种潜在现实到单一现实的转变如何发生尚未达成共识。 许多物理学家认为，这与观察者的意识有关，理由是正是观察行为促使自然界下定决心。 一些研究人员，例如牛津大学的罗杰·彭罗斯，认为意识——包括时间流动的印象——可能与大脑中的量子过程有关。
尽管研究人员未能找到大脑中存在单一时间器官的证据，例如视觉皮层，但未来的工作可能会确定那些负责我们时间流逝感的脑部过程。 可以想象，有些药物可以暂停受试者对时间正在流逝的印象。 事实上，一些冥想练习者声称能够自然地达到这种精神状态。
如果科学能够解释时间流逝呢？ 也许我们将不再为未来烦恼，也不再为过去悲伤。 对死亡的担忧可能变得像对出生的担忧一样无关紧要。 期望和怀旧可能不再是人类词汇的一部分。 最重要的是，附着在如此多人类活动上的紧迫感可能会消失。 我们将不再是亨利·沃兹沃思·朗费罗恳求我们行动起来的奴隶，在当下行动起来，因为过去、现在和未来实际上都将成为过去的事情。
作者
保罗·戴维斯 是一位理论物理学家，也是悉尼麦考瑞大学澳大利亚天体生物学中心的自然哲学教授。 他是最多产的物理学普及书籍作家之一。 他的科学研究兴趣包括黑洞、量子场论、宇宙的起源、意识的本质和生命的起源。