专栏名称: 利维坦
“利维坦”(微信号liweitan2014),也就是我本人(写诗的时候叫“二十月”)的订阅号,纯粹个人兴趣——神经基础研究、脑科学、诗歌、小说、哲学……乱七八糟的什么都有。
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时间,也许仅存于你我的头脑之中

利维坦  · 公众号  · 热门自媒体  · 2016-10-05 08:58

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关于“时间之箭”的疑问是个老问题了。而且需要明确的是, 它无关时间是否存在,仅仅事关时间运动的方向。 许多物理学家认为,只有当出现足够多符合量子力学那古怪规则的微观粒子时,才会在相互作用下,开始显现出经典宏观物理学的特性。但是两位科学家如今在期刊《物理年鉴》(“Annalen der physik”,当年爱因斯坦也在其上发表了开创性大作:《宏观和微观相对论》)上撰文指出, 万有引力并没有强大到足以让宇宙中的任何物体,服从相同的“过去→现在→未来”的方向。相反,“时间之箭”现象只取决于观察者。



这一切都可以追溯到物理学史上最大的问题之一:量子力学和经典力学的统一。在量子力学的范畴,粒子具有叠加态。也就是说,一个电子可能同时存在于两处,直到被观察之前,人们无法确定其位置。电子可能的位置只能用概率来表示,这在实验中被证实了。


可当电子开始和一堆空气分子之类的多个物体相互作用时,又或者是坍缩为尘埃、飞机或是棒球等具体的事物时,物理规则就变化了。经典力学开始接管,万有引力变成了决定性力量。“原子中每个电子的位置,都是由几率决定的。”加州大学伯克利分校的物理学家野村康则(Yasunori Nomura)如是说。 而一旦它们(电子)与其他宏观事物发生关系,抑或直接构成了类似棒球一样的事物,电子的状态开始叠加,于是一个电子的集合(比如棒球)的叠加态则开始坍缩。 这就是为什么你永远不会看到,一颗棒球在同一刻既被左外野手的手套捕获,又飞向上层看台的原因。


微观物理和经典物理相互融合的那一刻,被称为退相干(decoherence)。在物理学中,它也是时间的方向性在数学意义上变得重要的时刻。并且,很多物理学家认为“时间之箭”就是在退相干时出现的。


约翰·惠勒(1911-2008)


惠勒-德威特方程式(Wheeler-DeWitt equation)是解释退相干最著名的理论。它创建于1965年,当时一个叫约翰·惠勒(John Wheeler)的物理学家因故不得不在北卡罗莱纳州机场临时滞留。为了打发时间,他让同事布莱斯·德维特(Bryce DeWitt)跟他面基。俩人干了些物理学家们最爱干的:侃侃理论,耍耍数学。他们一起捣鼓出了一个方程,对于惠勒而言,这玩意完美黏合了量子力学和经典力学之间的缝隙(德威特对此比较模棱两可)。







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