时间终结将是终结的终结

在我们的经验中，似乎没有什么真正会终结。当我们死亡时，我们的身体会腐烂，其中的物质会回归大地和空气，从而创造新的生命。我们以某种形式在之后的世界中延续。但情况总是如此吗？未来某个时候会存在“之后”吗？令人沮丧的是，现代物理学表明答案是肯定的。时间本身可能会终结。一切活动都将停止，不会有复苏或恢复。时间的终结将是终结的终结。

这种可怕的前景是爱因斯坦广义相对论的一个意想不到的预测，该理论为我们提供了对引力的现代理解。在该理论之前，大多数物理学家和哲学家认为时间是宇宙通用的鼓点，宇宙按照稳定的节奏行进，永不改变、动摇或停止。阿尔伯特·爱因斯坦表明，宇宙更像是一场大型复节奏即兴演奏会。时间可以变慢、拉长或尽情奔放。当我们感受到引力时，我们感受到的就是时间的节奏即兴；下落的物体会被吸引到时间流逝较慢的地方。时间不仅影响物质的行为，还会响应物质的行为，就像鼓手和舞者互相激发进入节奏狂潮。然而，当事情失控时，时间可能会像过度兴奋而自燃的鼓手一样化为乌有。

发生这种情况的时刻被称为奇点。这个术语实际上指的是时间的任何边界，无论是开始还是结束。最著名的是大爆炸，那是138亿年前宇宙——以及时间——爆发并开始膨胀的瞬间。如果宇宙停止膨胀并再次开始收缩，它将进入类似于大爆炸的反向过程——大坍缩——并将时间猛然停止。

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时间不必在所有地方都消逝。相对论认为，时间在黑洞内部消逝，而在宇宙中则继续存在。黑洞以其破坏性而闻名，但它们比您想象的还要糟糕。如果您掉进黑洞，您不仅会被撕成碎片，而且您的遗骸最终会撞击黑洞中心的奇点，您的时间线也将终结。不会有新的生命从您的灰烬中诞生；您的分子不会被回收。就像角色到达小说的最后一页一样，您遭受的不仅仅是死亡，而是存在性末日。

物理学家花了数十年才接受相对论会预测如此令人不安的事情，即没有重生的死亡。直到今天，他们仍然不太确定如何理解它。奇点可以说是物理学家寻求创建统一物理理论的主要原因，该理论将爱因斯坦的杰作与量子力学结合起来，以创建量子引力理论。他们这样做部分是为了希望能够解释清楚奇点。尽管如此，您需要小心您想要什么。时间的终结难以想象，但时间不终结可能同样是悖论。

早在爱因斯坦出现之前，历代哲学家就一直在争论时间是否会消亡。伊曼努尔·康德认为这个问题是“二律背反”——你可以从两个方面论证，让你不知道该怎么想。

我的岳父在机场遇到过这种困境。一天晚上他去机场，却发现他的航班早已起飞。值机柜台的人员责备他，说他应该知道“凌晨12点”的预定起飞时间意味着早上的第一件事。然而，我岳父的困惑是可以理解的。官方上没有“凌晨12点”这个时间。午夜既是一天的结束，也是新一天的开始。在24小时制时间表示法中，它既是2400，也是0000。

亚里士多德在论证时间既没有开始也没有结束时，也引用了类似的原则。每一刻既是一个时代的结束，也是新事物的开始；每一件事既是某种结果，也是其他事物的原因。那么时间怎么可能终结呢？是什么阻止了历史上的最后一件事件导致另一件事发生？实际上，当“终结”这个概念本身就预设了时间时，您又如何定义时间的终结呢？牛津大学哲学家理查德·斯温伯恩断言：“时间在逻辑上不可能有终结。” 但是，如果时间不能终结，那么宇宙必然是无限长寿的，而所有由无限概念引起的问题都会涌入。哲学家们认为，无限除了是一个数学理想化概念之外，其他任何东西都是荒谬的。

大爆炸理论的胜利和黑洞的发现似乎解决了这个问题。宇宙充满了奇点，并且可能会遭受各种令人痛苦的时间灾难；即使它避开了大坍缩，也可能被大撕裂、大冻结或大刹车所摧毁[见下方方框]。但是，再问问奇点（无论大小）实际上是什么，答案就不再那么清楚了。密歇根大学的物理学主要哲学家劳伦斯·斯克拉尔说：“奇点物理学有待确定。”

产生这些怪物的理论本身表明它们不可能真正存在。例如，在大爆炸奇点，相对论认为，我们看到的所有星系的前身都被压缩成一个数学点——不仅仅是一个微小的针尖，而是一个真正的零尺寸点。同样，在黑洞中，不幸宇航员的每一个粒子都被压缩成一个无限小的点。在这两种情况下，计算密度都意味着除以零体积，从而产生无穷大。其他类型的奇点不涉及无限密度，而是涉及无限的其他东西。

需要新的理论了

尽管现代物理学家不像亚里士多德和康德那样对无穷大感到厌恶，但他们仍然认为这是他们将理论推得太远的迹象。例如，考虑一下中学教授的标准射线光学理论。它可以完美地解释眼镜处方和哈哈镜。它还预测，透镜会将来自远处光源的光聚焦到一个数学点，从而产生强度无限大的光点。实际上，光聚焦的不是一个点，而是一个靶心图案。它的强度可能很高，但始终是有限的。射线光学是错误的，因为光实际上不是射线，而是波。

与此类似，几乎所有物理学家都假定宇宙奇点实际上具有有限的密度，即使密度很高。相对论是错误的，因为它未能捕捉到在奇点附近发挥作用并控制密度的引力或物质的某些重要方面。加州大学圣巴巴拉分校的物理学家詹姆斯·B·哈特尔说：“大多数人会说，它们表明该理论在那里崩溃了。”

要弄清楚发生了什么，需要一个更全面的理论，即量子引力理论。物理学家仍在研究这种理论，但他们认为它将包含量子力学的核心见解：物质像光一样具有波动性。这些属性应该将假定的奇点涂抹成一个小的团块，而不是一个点，从而消除除以零的错误。如果是这样，时间实际上可能不会终结。

物理学家对此争论不休。有些人认为时间确实会终结。这种选择的问题在于，已知的物理定律在时间范围内运行，并描述事物如何运动和演化。时间的终点超出了范围；它们必须不仅受新的物理定律支配，而且受新型物理定律支配，这种定律避开时间概念（例如运动和变化），而偏爱永恒的概念（例如几何优雅）。几年前，新加坡国立大学的布雷特·麦金尼斯在一项提议中借鉴了量子引力理论的主要候选者——弦理论的思想。他认为，宇宙的原始团块具有环面的形状；由于关于环面的数学定理，它必须是完全均匀和光滑的。然而，在大坍缩或黑洞奇点处，宇宙可能具有任何形状，并且相同的数学推理可能不再适用；宇宙通常会非常粗糙。这种几何物理定律与通常的动力学定律在一个关键意义上有所不同：它在时间上不对称。终结不仅仅是倒放的开始。

其他量子引力研究人员认为，时间会永远延伸下去，既没有开始也没有结束。他们认为，大爆炸只是宇宙永恒生命中的一个戏剧性转变。也许大爆炸前的宇宙开始经历大坍缩，并在密度变得太高时发生了逆转——大反弹。这种史前史的遗迹甚至可能延续至今。通过类似的推理，黑洞中心奇异的团块会像微型恒星一样沸腾和冒泡。如果您掉进黑洞，您会痛苦地死去，但至少您的时间线不会终结。您的粒子会掉进团块中，并在其上留下独特的印记，未来的世代可能会在黑洞发出的微弱光芒中看到它。

通过假设时间继续前进，这种方法的支持者避免了推测新型物理定律的需要。然而，他们也遇到了麻烦。例如，宇宙随着时间的推移变得越来越无序。如果它已经存在了无限久，为什么现在还没有完全混乱呢？至于黑洞，带有您印记的光线如何才能设法逃脱黑洞的引力束缚？

最重要的是，物理学家与哲学家一样，也在与二律背反作斗争。已故的量子引力先驱约翰·阿奇博尔德·惠勒写道：“爱因斯坦的方程说‘这就是终结’，而物理学说‘没有终结’。” 面对这种困境，有些人束手无策，并得出结论，科学永远无法解决时间是否会终结的问题。对于他们来说，时间的边界也是理性和经验观察的边界。然而，另一些人认为，这个难题只需要一些新的思考。“这并非超出物理学的范围，” 加州大学圣巴巴拉分校的物理学家加里·霍洛维茨说。“量子引力应该能够提供明确的答案。”

时间如何流逝

HAL 9000可能是一台计算机，但它可能是《2001太空漫游》中最人性化的角色——富有表现力、足智多谋，不仅仅是一堆电线，还充满了矛盾。甚至它的死亡也令人想起人类的死亡。这不是一个事件，而是一个过程。当戴夫慢慢拔出它的电路板时，HAL的智力逐一丧失，并描述了它的感受。它以一种通常垂死之人无法做到的方式，表达了退化的体验。人类生命是一项复杂的组织壮举，是科学已知的最复杂的组织，它的出现或消失会经历生命与非生命之间的暮光地带。现代医学将一盏灯照进那片暮光中，医生们拯救了曾经会丧生的早产儿，并救回了曾经过了不归路的人。

当物理学家和哲学家努力理解时间的终结时，许多人看到了与生命终结的相似之处。正如生命从组织自身的无生命的分子中产生一样，时间也可能从某种将自身整理成秩序的永恒物质中产生[参见克雷格·卡伦德的文章“时间是幻觉吗？”]。一个时间世界是一个高度结构化的世界。时间告诉我们事件何时发生、持续多长时间以及以什么顺序发生。也许这种结构不是从外部强加的，而是从内部产生的。可以制造的东西就可以解构。当结构崩溃时，时间就终结了。

按照这种思路，时间的消亡并不比任何其他复杂系统的瓦解更具悖论性。时间逐一失去其特征，并从存在到不存在地穿过暮光地带。

第一个消失的可能是它的单向性——它从过去指向未来的“箭头”。自19世纪中期以来，物理学家就认识到，箭头不是时间本身的属性，而是物质的属性。时间本质上是双向的；我们感知的箭头仅仅是物质从有序到混乱的自然退化，任何与宠物或幼儿一起生活的人都会认识到这种综合症。（最初的有序性可能归功于麦金尼斯推测的几何原理。）如果这种趋势持续下去，宇宙将接近平衡状态或“热寂”，在这种状态下，它不可能变得更混乱。单个粒子将继续重新洗牌自身，但整个宇宙将停止变化，任何幸存的时钟都将双向抖动，未来将变得与过去无法区分。一些物理学家推测，箭头可能会反转，以便宇宙可以开始自我整理，但对于其存在完全依赖于时间向前箭头的凡人生物来说，这种反转将标志着时间的终结，就像热寂一样。

失去时间概念

最近的研究表明，箭头并不是时间在经历损耗性死亡时可能失去的唯一特征。另一个可能是持续时间的概念。我们已知的时间是以量来计算的：秒、天、年。如果不是这样，我们可以知道事件按时间顺序发生，但无法知道它们持续了多长时间。牛津大学物理学家罗杰·彭罗斯在美国于2011年首次出版的书籍《时间周期：宇宙的非凡新观点》中提出了这种情况。

在他的整个职业生涯中，彭罗斯似乎真的对时间怀有敌意。他和剑桥大学物理学家斯蒂芬·霍金在20世纪60年代表明，奇点不仅出现在特殊环境中，而且应该无处不在。他还认为，落入黑洞的物质没有来世，时间在真正基本的物理理论中没有地位。

在他的最新攻击中，彭罗斯从对极早期宇宙的基本观察开始。它就像一盒刚刚倒在地板上但尚未组装的乐高积木——夸克、电子和其他基本粒子的混合物。原子、分子、恒星和星系等结构必须从它们一步一步地拼凑起来。第一步是质子和中子的产生，它们由三个夸克组成，直径约为飞米（10⁻¹⁵ 米）。它们在大爆炸（或大反弹，或其他任何东西）后约10微秒聚集在一起。

在那之前，根本没有结构——没有任何东西是由结合在一起的碎片组成的。因此，没有任何东西可以充当时钟。时钟的振荡依赖于明确的参考，例如摆锤的长度、两面镜子之间的距离或原子轨道的尺寸。这样的参考尚不存在。粒子团块可能会暂时聚集在一起，但它们无法计时，因为它们没有固定的大小。单个夸克和电子也不能作为参考，因为它们也没有大小。无论粒子物理学家多么仔细地放大一个粒子，他们看到的都只是一个点。这些粒子拥有的唯一类似大小的属性是它们所谓的康普顿波长，它设定了量子效应的尺度，并且与质量成反比。而且，甚至在质量赋予它们质量的过程尚未发生的，大爆炸后约10皮秒之前，它们也缺乏这种基本尺度。

彭罗斯说：“没有任何类型的时钟。” “事物不知道如何跟踪时间。” 在没有任何能够标记规则时间间隔的东西的情况下，无论是阿秒还是飞秒过去，对于原始汤中的粒子来说都没有什么区别。

彭罗斯提出，这种情况不仅描述了遥远的过去，也描述了遥远的未来。在所有恒星熄灭很久之后，宇宙将成为黑洞和松散粒子的阴暗炖锅；然后即使是黑洞也会衰变消失，只留下粒子。这些粒子中的大多数将是无质量的粒子，例如光子，并且时钟将再次变得不可能构建。在宇宙被例如大坍缩熄灭的另一种未来中，时钟的情况也好不到哪里去。

您可能会认为，即使没有任何东西可以测量持续时间，持续时间在抽象意义上仍然有意义。但是研究人员质疑，即使原则上无法测量的量是否真的存在。对于他们来说，无法制造时钟是时间本身已被剥夺其定义特征之一的迹象。西班牙格拉纳达大学的物理学哲学家亨利克·津克纳格尔说：“如果时间是在时钟上测量的，并且没有时钟，那么就没有时间。” 他也研究过早期宇宙中时间的消失。

尽管彭罗斯的设想很优雅，但它确实有弱点。并非遥远未来的所有粒子都是无质量的；至少有一些电子会存活下来，您应该能够用它们制造时钟。彭罗斯推测，电子会以某种方式节食并减轻质量，但他承认自己立足不稳。“这是这个理论中更令人不安的事情之一，” 他说。此外，如果早期宇宙没有尺度感，它如何能够膨胀、变稀和冷却下来？

然而，如果彭罗斯有所发现，那它就具有非凡的意义。尽管密集堆积的早期宇宙和永远空旷的遥远未来看起来像是截然相反的，但它们同样缺乏时钟和其他尺度测量标准。“大爆炸与遥远的未来非常相似，” 彭罗斯说。他大胆地推测，它们实际上是宏大宇宙循环的同一阶段。当时间终结时，它将循环回到新的大爆炸。彭罗斯，一个毕生致力于论证奇点标志着时间终结的人，可能已经找到了一种让时间继续下去的方法。时间的杀手变成了它的救星。

时间静止

即使持续时间变得毫无意义，飞秒和阿秒也模糊不清，时间也还没有完全死亡。它仍然规定事件以因果关系的顺序展开，这对所有观察者来说都是相同的。在这方面，时间与空间不同。在时间上相邻的两个事件——当我敲击键盘时，字母会出现在我的屏幕上——是密不可分的。但是，在空间上相邻的两个物体——键盘和便利贴——可能彼此无关。空间关系根本不具有时间关系所具有的必然性。

然而，在某些条件下，时间甚至可能失去这种基本的排序功能，而仅仅变成空间的另一个维度。这个想法可以追溯到20世纪80年代，当时霍金和哈特尔试图将大爆炸解释为时间和空间开始区分开来的时刻。2008年，西班牙萨拉曼卡大学的马克·马尔斯和西班牙巴斯克大学的何塞·M·M·塞诺维拉和劳尔·维拉将类似的想法应用于时间的终结，而不是时间的开始。

他们的灵感来自弦理论及其猜想，即我们的四维宇宙——三个空间维度，一个时间维度——可能是一个膜，或者仅仅是一个“膜宇宙”，漂浮在像风中的叶子一样的高维空间中。我们像毛毛虫紧紧抓住叶子一样被困在膜宇宙上。通常，我们可以自由地在我们的四维监狱中漫游。但是，如果膜宇宙被剧烈地吹动，我们所能做的就是紧紧抓住生命；我们再也无法移动。具体来说，我们必须以超过光速的速度才能在膜宇宙上取得任何进展，而我们无法做到这一点。所有过程都涉及某种类型的运动，因此它们都会停止。

从外部看，我们生活中连续时刻形成的时间线并没有终结，而只是弯曲，以至于它们变成了穿过空间的线。膜宇宙仍然是四维的，但所有四个维度都将是空间。马尔斯说，物体“被膜宇宙强迫以越来越接近光速的速度移动，直到最终轨迹倾斜得如此之大，以至于它们实际上是超光速的，并且没有时间。关键点是，他们可能完全没有意识到正在发生在他们身上的事情。”

由于我们所有的时钟也会变慢并停止，我们将无法分辨时间是否正在转变为空间。我们所能看到的就是星系等物体似乎正在加速。令人毛骨悚然的是，这正是天文学家真正看到的，并且通常将其归因于某种未知的“暗能量”。这种加速会不会是时间的绝唱？

您的时间到了

到了这个后期阶段，时间似乎已经消逝为虚无。然而，时间的影子仍然挥之不去。即使您无法定义持续时间或因果关系，您仍然可以按事件发生的时间标记事件，并将它们排列在时间线上。最近，几组弦理论家在时间如何被剥夺最后剩余特征方面取得了进展。芝加哥大学的埃米尔·J·马蒂内茨和萨夫迪普·S·塞西，以及德克萨斯农工大学的丹尼尔·罗宾斯，以及霍洛维茨、斯坦福大学的伊娃·西尔弗斯坦和布兰代斯大学的阿尔比恩·劳伦斯等人，使用弦理论最强大的思想之一——全息原理，研究了黑洞奇点处时间会发生什么。

全息图是一种特殊的图像，可以唤起深度感。全息图虽然是平面的，但经过图案化处理，使其看起来好像一个固体物体漂浮在您面前的三维空间中。全息原理认为，我们的整个宇宙就像一个全息投影。复杂的相互作用量子粒子系统可以唤起深度感——也就是说，一个在原始系统中不存在的空间维度。

但反过来却不成立。并非每个图像都是全息图；它必须以正确的方式进行图案化。如果您刮擦全息图，您会破坏幻觉。同样，并非每个粒子系统都会产生像我们这样的宇宙；系统必须以这种方式进行图案化。如果系统最初缺乏必要的规律性，然后发展出这些规律性，则空间维度就会突然出现。如果系统恢复无序状态，维度将从何而来，又将消失到何处。

那么，想象一下恒星坍缩成黑洞。恒星对我们来说是三维的，但对应于某些二维粒子系统中的模式。随着其引力增强，相应的平面系统以越来越高的热情抖动。当奇点形成时，秩序完全崩溃。这个过程类似于冰块融化：水分子从规则的晶体排列变为液体的无序混乱状态。因此，第三维度实际上融化消失了。

随着它的消失，时间也随之消失。如果您掉进黑洞，您手表上的时间取决于您与黑洞中心的距离，而黑洞中心是在融化的空间维度内定义的。随着该维度瓦解，您的手表开始不受控制地旋转，并且不可能说事件发生在特定时间或物体位于特定位置。“时空的传统几何概念已经结束，” 马蒂内茨说。

这在实践中意味着，空间和时间不再为世界提供结构。如果您尝试测量物体的位置，您会发现它们似乎位于多个位置。空间分离对它们来说毫无意义；它们从一个地方跳到另一个地方，而无需穿过中间的距离。实际上，这就是一个不幸的宇航员越过黑洞的不归路点（即事件视界）后，他的印记如何返回的原因。“如果空间和时间在奇点附近不存在，则事件视界不再明确，” 霍洛维茨说。

换句话说，弦理论不仅仅是抹去了假定的奇点，用更令人愉快的东西取代了错误的点，同时让宇宙的其余部分保持不变。相反，它揭示了空间和时间概念的更广泛崩溃，其影响持续存在于远离奇点本身的地方。可以肯定的是，该理论仍然需要在粒子系统中存在时间的基本概念。科学家们仍在努力开发一种完全不预设时间的动力学概念。在那之前，时间仍然顽强地依恋着生命。它在物理学中根深蒂固，以至于科学家们尚未想象出它最终和完全的消失。

科学通过分解不可理解的事物来理解它，通过表明令人生畏的旅程只不过是一系列小步骤。时间的终结也是如此。在思考时间时，我们对自己在宇宙中作为凡人的地位有了更好的认识。时间将逐渐失去的特征是我们存在的先决条件。我们需要时间是单向的，以便我们发展和进化；我们需要持续时间和尺度的概念，以便能够形成复杂的结构；我们需要因果排序，以便过程能够展开；我们需要空间分离，以便我们的身体能够在世界中创造一小片有序的空间。随着这些品质的消逝，我们生存的能力也随之消失。时间的终结可能是我们可以想象的东西，但没有人会直接体验到它，就像我们无法在自己死亡的那一刻保持清醒一样。

当我们的后代接近时间的终结时，他们将需要在日益恶劣的宇宙中为生存而奋斗，而他们的努力只会加速不可避免的到来。毕竟，我们不是时间消亡的被动受害者；我们是肇事者。当我们活着时，我们将能量转化为废热，并促进宇宙的退化。时间必须消亡，我们才能生存。