時(shí)間不存在了？

量子引力理論，是將相對(duì)論和量子理論整合起來(lái)的“終極理論”。1967年，量子引力理論最基本的方程，即惠勒-德威特方程（WDW方程），由兩位美國(guó)物理學(xué)家約翰·惠勒（John Wheeler，1911～2008）和布萊斯·德威特（Bryce DeWitt，1923～2004）提出。WDW方程通過(guò)改寫描述宇宙隨時(shí)間變化過(guò)程的廣義相對(duì)論公式，使其不與量子理論相矛盾。

惠勒-德威特方程展現(xiàn)出了一個(gè)出人意料的形態(tài)，那就是方程中代表時(shí)間的變量“t”不見了。如果對(duì)此直接解釋，似乎可以說(shuō)“量子引力理論暗示宇宙中不存在時(shí)間”。這究竟意味著什么？宇宙真的可能不存在時(shí)間嗎？

宇宙的終極理論中，為何時(shí)間會(huì)消失呢？

惠勒-德威特方程中不包含時(shí)間t這一事實(shí)，最初被稱為“時(shí)間靜止問(wèn)題”，曾令物理學(xué)家們感到困惑。然而，在惠勒-德威特方程中發(fā)布50多年后的今天看來(lái)，它不包含時(shí)間t，這一點(diǎn)根本不應(yīng)該令人驚訝。相反，這個(gè)結(jié)果展示了宇宙的美麗結(jié)構(gòu)。

時(shí)間因素在方程中的消失，其實(shí)表明了一個(gè)簡(jiǎn)單的事實(shí)：即便不引入時(shí)間這一變量，所有物理現(xiàn)象仍然可以得到完整的描述。惠勒-德威特方程揭示了宇宙中所有物理量之間的相互關(guān)系，涵蓋了諸如物體位置、運(yùn)動(dòng)速度，乃至于宇宙的規(guī)模和密度等。在這個(gè)框架下，時(shí)間并沒(méi)有被賦予特殊的地位，它僅僅是眾多變量中的一員。因此，我們并不需要刻意用時(shí)間來(lái)描述物理現(xiàn)象。

例如，我們可以用月球繞地球旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)來(lái)表示地球公轉(zhuǎn)一圈的周期；在地球上拋出球的運(yùn)動(dòng)軌跡，可以用球與地面之間的距離變化來(lái)描述。類似地，如果我們能掌握所有物理量之間的相互關(guān)系，就有可能不借助時(shí)間t來(lái)描繪所有的物理現(xiàn)象。這也是為什么在惠勒-德威特方程中，時(shí)間t這一概念消失的原因。

“時(shí)間靜止問(wèn)題”揭示了時(shí)間的本質(zhì)

這段文字闡述了時(shí)間靜止的觀念?；堇?德威特方程去除了時(shí)間變量t，因而出現(xiàn)了“時(shí)間靜止問(wèn)題”。最初這個(gè)問(wèn)題引起了廣泛的討論。但現(xiàn)在，人們普遍認(rèn)為它揭示了時(shí)間的本質(zhì)——時(shí)間不過(guò)是宇宙眾多參數(shù)之一。

復(fù)蘇的亞里士多德思想

物理現(xiàn)象是最根本的，而時(shí)間不過(guò)是它的一個(gè)描述變量。亞里士多德曾經(jīng)給出這樣的定義：“時(shí)間是關(guān)于前后的運(yùn)動(dòng)的數(shù)”。

以點(diǎn)燃蠟燭為例，隨著蠟燭緩緩燃燒變短，我們感知到的這種變化就是時(shí)間的流逝（如上圖所示A）。反之，如果蠟燭沒(méi)有被點(diǎn)燃，它將保持原樣不變（如上圖所示B）。在這個(gè)靜止的狀態(tài)下，亞里士多德認(rèn)為時(shí)間并沒(méi)有流逝。

雖然看似巧合，但量子引力理論在某種程度上可以視為是對(duì)亞里士多德觀點(diǎn)的現(xiàn)代復(fù)興。

除了亞里士多德的“時(shí)間是關(guān)于前后的運(yùn)動(dòng)的數(shù)”，很多科學(xué)家都對(duì)時(shí)間進(jìn)行過(guò)思考，比如牛頓的“絕對(duì)時(shí)間”理念、玻爾茲曼主張的“熵增原理”決定了時(shí)間的方向、愛(ài)因斯坦的“絕對(duì)時(shí)間是一種幻覺(jué)”......還想知道更多關(guān)于時(shí)間的最新理論嗎？歡迎閱讀《科學(xué)世界》2025年第3期特輯部分——時(shí)間存在嗎？

本文摘編自《科學(xué)世界》雜志2025年第3期，文章內(nèi)容略有刪改。

新媒體編輯 | 周濛