對大多數人來說，時間的巨大謎團似乎是永遠都不夠用。如果這能帶來安慰的話，物理學家也面臨著同樣的問題。物理定律包含一個時間變數，但它未能捕捉到我們生活中的時間的關鍵方面——尤其值得注意的是過去和未來之間的區別。而且，當研究人員試圖制定更基本的定律時，小小的t完全消失了。受阻之下，許多物理學家向一個陌生的來源尋求幫助：哲學家。
來自哲學家？對大多數物理學家來說，這聽起來相當古怪。有些人最接近哲學的時候，是在深夜喝黑啤酒時進行的談話。即使是那些讀過嚴肅哲學的人，通常也懷疑它的用處；在讀了十幾頁伊曼努爾·康德之後，哲學開始看起來像是在追求不可確定的事物。麻省理工學院的物理學家馬克斯·泰格馬克說：“說實話，我認為我的大多數同事都害怕與哲學家交談——就像被人撞見從色情電影院出來一樣。”
情況並非總是如此。哲學家在過去的科學革命中發揮了關鍵作用，包括20世紀早期量子力學和相對論的發展。今天，一場新的革命正在進行中，物理學家們正努力將這兩種理論合併成量子引力理論——一種將不得不調和兩種截然不同的時空概念的理論。法國艾克斯-馬賽大學的卡洛·羅韋利是這項工作的領導者，他觀察到“哲學家對量子引力中時空新理解的貢獻將非常重要。”
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兩個例子說明了物理學家和哲學家是如何彙集資源的。第一個例子涉及“凍結時間問題”，也簡稱為“時間問題”。當理論家試圖使用一種稱為正則量子化的程式將愛因斯坦的廣義相對論轉化為量子理論時，就會出現這個問題。該程式在應用於電磁理論時效果極佳，但在相對論的情況下，它產生了一個沒有時間變數的方程——惠勒-德威特方程。從字面上看，該方程預測宇宙應該凍結在時間中，這與我們所看到的直接矛盾。
不要再浪費時間
這種不幸的結果可能反映了程式本身的一個缺陷，但一些物理學家和哲學家認為，它有更深層次的根源，一直追溯到相對論的創始原則之一：物理定律對於所有觀察者都是相同的。物理學家從幾何角度思考這一原則。兩位觀察者將感知到時空具有兩種不同的形狀，這對應於他們對誰在移動以及什麼力在起作用的看法。每種形狀都是另一種形狀的平滑變形版本，就像咖啡杯是重新塑形的甜甜圈一樣。相對論認為，這種差異不可能是意義重大的。因此，任何兩種這樣的形狀在物理上都是等價的。
在20世紀80年代後期，匹茲堡大學的哲學家約翰·厄爾曼和約翰·D·諾頓認為，廣義相對論對一個古老的形而上學問題具有驚人的意義：空間和時間是否獨立於恆星、星系及其它內容而存在（一種被稱為實體主義的立場），或者它們僅僅是描述物理物件之間關係的 искусственное 工具（關係主義）？正如諾頓所寫：“它們就像藝術家在上面繪畫的畫布嗎？無論藝術家是否在上面繪畫，它們都存在嗎？還是它們類似於親子關係？在有父母和孩子之前，沒有親子關係。”
他和厄爾曼重新審視了阿爾伯特·愛因斯坦長期以來被忽視的思想實驗。考慮一塊空的時空區域。在這個洞之外，根據相對論方程，物質的分佈確定了時空的幾何形狀。然而，在內部，這些方程允許時空呈現各種形狀。時空的行為就像一個帆布帳篷。代表物質的帳篷杆迫使帆布呈現某種形狀。然而，如果你拿掉一根杆子，相當於製造了一個洞，帳篷的一部分可能會下垂、向外彎曲或在風中不可預測地波動。類似的歧義無處不在，而不僅僅是在洞中。
這個思想實驗提出了一個兩難困境。如果連續統本身就是一個事物（正如實體主義所認為的那樣），那麼廣義相對論必須是不確定的——也就是說，它對世界的描述必須包含隨機性元素。為了使理論是確定性的，時空必須僅僅是一種虛構（正如關係主義所認為的那樣）。乍一看，這似乎是關係主義的勝利。其他理論，如電磁學，是基於類似於關係主義的對稱性，這也有助於關係主義。
但是關係主義也有自己的麻煩。它是凍結時間問題的最終來源：空間可能會隨著時間推移而變形，但如果它的許多形狀都是等價的，那麼它永遠不會真正改變。此外，關係主義與量子力學的實體主義基礎相沖突。如果時空沒有固定的意義，那麼如何才能在特定的地點和時刻進行觀測，正如量子力學似乎要求的那樣？
對這個兩難困境的不同解決方案導致了非常不同的量子引力理論。一些人，如羅韋利和英國物理學家朱利安·巴伯，正在嘗試一種關係主義的方法；他們認為時間不存在，並一直在尋找將變化解釋為幻覺的方法。另一些人，包括弦理論家，則傾向於實體主義。
加州大學聖地亞哥分校的哲學家克雷格·卡倫德說：“這是物理哲學價值的一個很好的例子。”“如果物理學家認為正則量子引力中的時間問題僅僅是一個量子問題，那麼他們正在損害他們對這個問題的理解——因為這個問題已經困擾我們很久了，而且更加普遍。”
熵在執行
哲學家貢獻的第二個例子涉及時間之箭——過去和未來的不對稱性。許多人認為，時間之箭可以用熱力學第二定律來解釋，該定律指出，熵（粗略地定義為系統內的無序量）隨時間增加。然而，沒有人能真正解釋第二定律。
19世紀奧地利物理學家路德維希·玻爾茲曼提出的主要解釋是機率性的。基本思想是，一個系統無序的方式比有序的方式更多。如果系統現在相當有序，那麼它可能在片刻之後會更加無序。然而，這種推理在時間上是對稱的。系統可能在前一刻也更加無序。正如玻爾茲曼所認識到的，確保熵在未來增加的唯一方法是，如果它在過去以低值開始。因此，第二定律與其說是一個基本真理，不如說是一個歷史偶然事件，可能與宇宙大爆炸早期的事件有關。
劍橋大學的哲學家休·普萊斯認為，幾乎每一種解釋時間不對稱性的嘗試都存在迴圈論證——一些隱藏的時間不對稱性預設。這種謬誤也扭曲了物理學家解釋量子力學的方式。普萊斯的工作是哲學家如何能夠像亞利桑那大學的哲學家理查德·希利所說的那樣，充當“實踐物理學家的知識良知”的一個例子。他們接受過邏輯嚴謹的訓練，是追蹤細微偏差的專家。
如果我們總是聽從自己的良知，生活將會變得很無聊，而物理學家在忽視哲學家時往往做得最好。然而，在與我們自己邏輯跳躍的永恆鬥爭中，良知有時是我們唯一可以依靠的東西。