你有3秒时间来阅读这篇爆炸性的文章，
此后你所有关于时间的认知将灰飞烟灭。
翻开纸页，踏进没有现在的世界吧，
1小时不再是60分钟，粒子能够时间倒流，这才是我们的世界！

时间存在吗？你可能会对这个问题嗤之以鼻：“当然喽，时间肯定存在！否则的话，闹钟不会大清早把我从被窝里拉出来，一节课不会要上45分钟，老爹老娘不会一把年纪，而我也不是黄毛小子……”

的确如此，时间在流逝，我们需要承受其加诸于我们的效应。那么，何谓“时间”？是小时吗？早在4000年前，埃及人和巴比伦人就依据太阳在空中的运动轨迹——这其实是地球自转造成的表相——将一天划分为24小时。

直至1960年，1秒都相当于平均太阳日的1/86400。可是，问题出现了：这意味着地球一直在匀速转动。然而，事实并非如此。随着观测和测量技术的昌明发达，天体物理学家意识到，地球的自转速度不是一成不变的。在月球引力的作用下，地球的自转速度平均每个世纪减缓0.00164秒。微不足道。

不过，经过数个世纪的积累，一天会变得越来越长，每秒的长度也将因此而改变。麻烦喽……你能想象1米随时间推移变成1.01米、1千克变成1.2千克吗？绝对不行！为了精确计量时间，1秒在任何时代都应该是1秒！物理学家开始着手寻找某种固定持续1秒的现象以解决难题，它必须完全稳定，和地球自转没有任何关系。于是，到了20世纪60年代，1秒变成了“铯-133基态的两个超精细能级间跃迁辐射震荡9192631770周”。

换个简单说法，就是……当你向某个原子，比如铯-133施加能量，它会立即吸收，并以电磁波的形式再将能量释放出来。这种电磁波可被视作一连串在水面扩散开来的波浪，有波峰和波谷。好了，当你数完9192631770个波峰和波谷，正好过去了1秒。鉴于原子不会随时间改变特性，1秒的长度从此恒定不变。

跟随原子的节奏

但是，这个定义能具体告诉我们时间是什么吗？不能。举例来说，当我们使用米尺来计量木板的长度，在得到数值之前，我们的双眼就能直观地感知到长度。当我们说到某个物品的质量，我们清楚地知道物品的质量取决于其构成物质。

可时间呢？它看不见摸不着。那么，我们测量的是什么？虚无。无论我们的参照物是地球自转抑或表针转动，我们只是在不同的时长之间比较。假如洗碗时，手表的分针移动了1/6圈，我们能推断出用了10分钟；假如午睡时，太阳在空中偏移了15°，那就说明睡了1小时……无论何时，我们总是通过对比另一种运动来评估一个行为的用时。

我们看见表针在动，于是我们说“这就是时间”……但在物理学家看来，这显然不够，他们希望“看见”时间，比如构成时间的基本粒子，就像他们已经捕捉到的“产生”质量的希格斯玻色子。

只不过物理学家越是想要确定时间，后者就越是不可捉摸……“时间不可捉摸？怎么会，至少有些概念是我们确信无疑的，比如，过去现在和未来……”你真的这么以为？那就来谈谈现在吧。所谓“现在”，就是你念出这两字的当时当刻，而这一刻似乎放之四海而皆准，你是这么想的吧？但你会发现事情没那么简单。

举个例子吧，比如你想知道“此刻海王星上发生了什么”。很难精确回答这个问题。

这样说吧，假设在这颗距离太阳45亿千米的气态巨行星的卫星上，人们建立了基地。驻扎在那边的朋友和你用超现代的Skype保持联系。只要他愿意，你就能在他的房间里面看见他。他也如此。

时差

早上9点，你到达自己的房间，打开电脑，想知道你的朋友同一时间在干嘛。电脑屏幕上，你看见他坐在床上阅读。由此得出结论：在你打开电脑的同时，你的朋友正在看书。那么他一定也能看到你的即时所为吧？同一时间，如果你的朋友放下书本，坐在床上望向电脑，他会看见你来到电脑前面吗？不会。他会看见你的卧室一片漆黑。

这很正常：现在是凌晨1点，你当然在呼呼大睡。凌晨1点？没错，因为信息传递也需要时间，而速度不可能超过光速（略小于300 000千米/秒）。图像大致用了4小时才走完从地球到海王星的距离。

因此，早上9点你看见的关于你朋友的图像，其实4个小时之前就已经摄录下来。而在你的电脑屏幕上，你看见你的朋友在看的关于你的影像更要早上4个小时。两个4小时，就是8小时的时差。好一个同时啊！由于距离这个因素“作祟”，三个不同的时刻同时存在于所谓的“现在”中。对于一个“显而易见”的概念来说，这也够尴尬的……

各有各的时间

这还没完。距离不但妨碍我们定义一个共有的现在，而且不同星球上时长还不一致！这是爱因斯坦的重要发现之一，他的狭义相对论对此进行过论述。

假如你乘坐高速飞船绕月球飞行，飞船上的你会觉得时钟的运动一切正常。你地球上的亲人也有同样的感觉。只是……当你返回地球后，他们会劈头盖脸地骂你：“你不是说只去3天嘛，怎么走了一星期！”你表示抗议：“没有啊，就去了3天啊！”

怪事出现了！你们拿出各自的手表来证明，手表证明你们都没瞎说……对于你的亲人和你而言，时间都在正常流逝。可是，时长并不一样。这是怎么回事？因为你的运动接近光速，导致手表不再同步运转。想要弄明白这等怪事，只要读一下光子钟的内容就行，你就会发现真相并不神秘。此外，看过《星际穿越》的读者已经知晓有时间膨胀这么回事，这是电影中的一个重要设置。

因此，即使能和海王星建立实时联系，但由于星球转速不同，还是会引起时差。爱因斯坦曾证明，处于相对运动中的两位观察者是无法在“同时性”这个概念上达成一致的。

当然，狭义相对论的结果只有在接近光速的条件下才能感知，绕太阳转动的地球和海王星并不属于此种情况。实际操作中，我们能够在海王星和地球之间营造某种“同时性”，但只是近似，在物理学家眼中离正宗的“同时性”差得远呢。

所以说，所谓存在一个巨型的万能钟表，能够统一地为仙女座星系（距离我们250万光年）和银河系计时，从而为所有人定义出“过去”、“现在”和“未来”，这是想得美。

没有普世的时间，时间因人而异。只不过在宇宙某个小小的角落，在我们地球上，相对论的效应微乎其微。我们由此产生错觉，以为普世的时间真的存在，这只是因为我们对这个问题钻研得还不够深入……

没有过去和未来的粒子

方才的太空之旅稍稍改变了你对时间的认知？别指望向物质核心的漫游能带来更舒服的答案！原子核里的质子会听见时间的滴答声吗？不会……时间之河从它们身上流过，就像水流掠过鸭毛，不留一丝痕迹。质子不会衰老。质子不会死亡。保守估计，它有10^33年的寿命，远高于宇宙的岁数。围绕质子运行的电子也是如此，它们是永恒的。时间不会对它们造成影响。

好吧，老实说，这些都是例外。很多粒子有生命年限，从万亿分之一秒至数个小时，此后便衰变成其他粒子或纯能量。啊！总算有看似正常的现象了……也只是看似而已。因为粒子和时间的关系有点活络。它们会轻而易举地把“过去”和“未来”搅成一锅粥！想象一下倒放电影的情形，你立马就能明白是怎么回事。

当物理学家观看他们最为钟爱的“大片”之一——质子碰撞时，他们可以从结尾看到开头，也能从开头看到结尾，毫无难度。根据物理法则，只需满足一项条件：倒放的电影应透过一面特殊的镜子来观看，这镜子不仅能倒置影像，还能颠倒其量子特性，从而使其和正向播放的影片一模一样。

对于我们而言，即使是在镜子中，倒放的电影也是无法理解的。但在粒子物理学的范畴中，时间能够向不同的两个方向流逝。你将发现这个理论能带着我们走很远。你听说过反物质吧？每个粒子都拥有其反物质：相同的质量，但电荷（以及其他量子特性）相反。反物质粒子就像是粒子在“特殊”镜子当中的倒影。

尽管让反物质变得家喻户晓的是《星际迷航》（柯克船长的“进取”号飞船正是用反物质作为燃料），但它其实真的存在！

正电子作为电子的反粒子已经多次被探测器探察到。然而，反物质和物质的一大特点是：两者无法共存。正电子和电子一旦相遇就会消失，转变成两个光子。

乱七八糟的时间

不过这次“相遇”还有另一种诠释方式：电子碰到的不是正电子，而是在时间中逆行的光子！整个过程就像是两个粒子交换了各自的行进路线。

逆行的光子于是沿时间之河而下（这不会改变它的属性：光子正是它自己的反粒子，根本无法区分一枚时光倒流的光子和一枚沿时间之河而下的光子），而电子则开始沿时间之河回溯而上。在我们的眼中，它就是和电子质量相同的粒子，但所有特性正好相反，也即所谓的正电子，电子的反物质。

关于反物质的这一阐述解释了为何所有粒子都有自己的反粒子，质量相同，特性相反。因为每颗粒子都有可能撞上某颗回溯时间的光子，自己也逆时而行。不过你要明白，这只是对反物质的一种解释，甚至连一些物理学家也觉得荒诞不经呢。

管他呢。从纯数学的角度来看，当我们用方程式描述粒子和反粒子的相遇，时间的流逝就没有了偏向性，过去和未来没有任何意义。

面对此类怪相，有些物理学家甚至怀疑起时间的存在来！目前物理学的一大重点是要调和广义相对论和量子力学，前者描绘引力所主宰的宇宙，后者描绘粒子世界。相对论于粒子一窍不通，引力也完全无视量子物理法则。因此，物理学家致力开发一种替代理论，能在微观物理与宏观物理之间达成统一。

这一努力暂时还未能获得成功，但有些思路似乎前景可观。其中之一就是圈量子引力论。看它的名字就知道它有多复杂，三言两语没法说清。但该理论关于时间的观点让我们颇感兴趣。很简单：时间根本不存在，幻象而已！

研究该理论的科学家试图重写物理法则，在他们的方程中去除时间变量t。截至目前，没有迹象表明他们会失败。时间来日无多了……

巨大幻象？

时间，幻象？难以相信，因为这个“幻象”使我们的生活井然有序。幻象从何而来？一个简单的实验能给我们一点提示……拿一个放满水的玻璃杯，往里面滴一滴墨水。起初，你能在透明的液体中间看见一滴墨水。墨水渐渐化开，很快，整杯水变成了墨水的颜色。

这个实验，你可以重复做上10次，最终你都会得到一杯墨水的稀释物。从单个分子角度来看，墨水没有“理由”混合入水中。没有一条物理法则会强迫分子混合。不过热力学第二定律倒是认为，一个独立系统（此处是指清水加墨水的杯中物）会自发地演变成一种平衡状态，更加稳定，也更加无序。

用物理语言来解释就是“熵”增加了。没听过这词？记住喽，“熵”是指某个系统的混乱程度。对啦！混乱是可以测量的……那也就是完整地描述一个系统所需的信息量。信息量越大，越是混乱。

假如你的卧室里只有一张床，一个衣橱，一张书桌，你能轻而易举地向你的小伙伴描绘卧室的布局。与此相反，如果床没铺好，臭袜子乱丢，书本随便摊在书桌上，那你要提供更多的信息才能让你的朋友对你的卧室有精确的印象。后一种情况“熵”更高。

根据热力学定律，所有独立系统的熵会自发地增长。这就给时间安上了“方向的箭头”……单向箭头哦。对喽！熵会让某些经验变得不可逆转，这就能定义过去和未来了。比如墨水滴绝不会在水杯中重新聚合。

理论上来说，没有什么能阻止墨水分子重新聚合。但就总体来看，墨水分子绝无机会再聚为墨水滴。相较于泾渭分明的两种物质构成的某系统，混合物总是更难描绘。重新聚合墨水滴意味着减少系统里的熵，这是不可能的事儿！简直是闻所未闻。你可以整理干净你的卧室，减少卧室的熵。可你一旦介入，卧室就不再是一个独立系统。

你整理房间的努力也在释放能量，放出热能，于是增加了整个宇宙的熵。最终，整体熵的增加会抵消局部熵的减少，两者无法割裂开来。所有系统都在向混乱发展。古老文明的废墟就是明证……

混乱避无可避

你在不经意间可能注意到了，熵的介入只是用来描述充斥各种粒子的复杂系统，而在单个粒子的层面，熵没有了意义，所以说粒子似乎逃脱了时间的魔爪。那我们呢？作为复杂系统，我们当然要承受熵的效应。

然而，你可能会问：鲜活的生命体就是一个小小的奇迹，竟然能将各种细胞、器官组织得井井有条，和混乱风马牛不相及嘛！可是注意喽，别忘了熵的精确定义：熵的增加是针对独立系统。如果完全隔离一个有机体，没有食物，没有呼吸的气体，它就会死去、分解……这不就是混乱的表现嘛！

我们能够维持机体的秩序，是因为持续不断地通过空气和食物获得能量。我们限制了身体内部的熵，却增加了整个宇宙的熵。我们的躯体会不由自主地屈服，渐渐失灵，直至死亡。熵最终击败肉体，迎来胜利。我们感受到的时间不是钟表发出的滴答声，而是这场注定失败的抗争：我们的机体无法对抗混乱。

撰文 Fabrice Nicot

编译 黄雅琴

新发现公众号id：sciencevie

来源：知乎 www.zhihu.com

作者：新发现

【知乎日报】千万用户的选择，做朋友圈里的新鲜事分享大牛。
点击下载

此问题还有 83 个回答，查看全部。
延伸阅读：
《黑客帝国》里的锡安是不是虚拟世界？
人的幸福感可以量化吗？