趁著時光不老，盡情地採摘玫瑰花蕾；/時間老人在飛逝。
這是17世紀英國詩人羅伯特·赫裡克所寫，捕捉到了時間飛逝的普遍陳詞濫調。誰會懷疑它不是如此呢？時間的流逝可能是人類感知最基本的方面，因為我們感覺時間在內心深處流逝，這種方式比我們對空間或質量的體驗更加親密。時間的流逝被比作箭的飛行和永不停止的河流，不可避免地將我們從過去帶向未來。莎士比亞寫到了時間的飛輪，他的同胞安德魯·馬維爾寫到了時間帶翼的戰車匆匆而過。
儘管這些意象令人回味，但它們卻與一個深刻而具有破壞性的悖論相沖突。已知的物理學中沒有任何東西與時間的流逝相對應。事實上，物理學家堅持認為時間根本不會流動；它只是存在。一些哲學家認為，時間流逝的概念本身就是無意義的，而談論時間的河流或流動是建立在誤解之上的。對於我們體驗物理世界來說如此基本的東西，怎麼會變成一個錯誤的身份案例？或者說，是否存在科學尚未發現的時間的關鍵特性？
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時間不是本質
在日常生活中，我們將時間分為三個部分：過去、現在和未來。語言的語法結構圍繞著這種根本的區別展開。現實與當下時刻相關聯。我們認為過去已經消失，而未來則更加模糊，其細節尚未形成。在這個簡單的圖景中，我們意識中的“現在”穩步向前滑動，將曾經處於未成形的未來中的事件轉化為具體的但短暫的現實，然後將它們降級到固定的過去。
儘管這種常識性的描述似乎很明顯，但它與現代物理學嚴重不符。阿爾伯特·愛因斯坦在寫給一位朋友的信中著名地表達了這一點：“過去、現在和未來都只是幻覺，即使是頑固的幻覺。”愛因斯坦這一驚人的結論直接源於他的狹義相對論，該理論否定了當下時刻的任何絕對的、普遍的意義。根據該理論，同時性是相對的。如果從一個參考系觀察，同時發生的兩個事件，如果從另一個參考系觀察，可能會發生在不同的時刻。
像“現在火星上正在發生什麼？”這樣無害的問題沒有明確的答案。關鍵在於地球和火星相距遙遠——最遠可達約20光分鐘。由於資訊傳播速度不能超過光速，地球上的觀測者無法在同一時刻知道火星上的情況。他必須在事件發生後推斷答案，當時光已經有機會在行星之間傳遞。推斷出的過去事件會因觀察者的速度而異。
最直接的結論是，過去和未來都是固定的。出於這個原因，物理學家更傾向於將時間視為整體佈局——一個時間景觀，類似於景觀——所有過去和未來的事件都位於其中。這個概念有時被稱為塊時間。對自然的這種描述中完全沒有將特權特殊時刻選為現在的任何東西，也沒有任何可以將未來事件系統地轉化為現在，然後再轉化為過去事件的過程。簡而言之，物理學家的時間不會流逝或流動。
時間如何不飛逝
多年來，許多哲學家透過審視我們通常所說的時間流逝得出了同樣的結論。他們認為這個概念在內部是不一致的。畢竟，流動的概念指的是運動。談論物理物體的運動是有意義的，例如，透過測量其位置隨時間變化來談論箭在空間中的運動。但是，時間本身的運動能附加什麼意義呢？它相對於什麼運動？雖然其他型別的運動將一個物理過程與另一個物理過程相關聯，但所謂的時間流逝是將時間與自身相關聯。提出一個簡單的問題“時間流逝的速度有多快？”暴露了這個想法的荒謬性。微不足道的答案“每秒一秒”根本沒有告訴我們任何資訊。
儘管我們發現在日常事務中方便地提及時間的流逝，但這個概念並沒有提供任何無法在沒有它的情況下傳達的新資訊。考慮以下情景：愛麗絲希望過一個白色的聖誕節，但是當那天到來時，她失望地發現只下了雨；然而，令她高興的是，第二天下了雪。儘管此描述充滿了時態和對時間流逝的提及，但透過簡單地將愛麗絲的精神狀態與日期相關聯，可以傳達完全相同的資訊，從而省略了所有對時間流逝或世界變化的提及。因此，以下冗長且相當枯燥的事實目錄就足夠了：
12月24日：愛麗絲希望過一個白色的聖誕節。
12月25日：下雨了。愛麗絲很失望。
12月26日：下雪了。愛麗絲很高興。
在此描述中，沒有任何事情發生或改變。在不同的日期和愛麗絲相關的精神狀態下，僅僅是世界的狀態。
類似的論點可以追溯到古希臘哲學家，如巴門尼德和芝諾。一個世紀前，英國哲學家約翰·麥克塔格特試圖在用事件發生來描述世界（他稱之為A系列）與用與世界狀態相關聯的日期來描述世界（B系列）之間劃清界限。每種描述似乎都是對現實的真實描述，但兩種觀點似乎是矛盾的。例如，愛麗絲失望的事件曾經在未來，然後在現在，然後在過去。但是過去，現在和未來是排他的類別，那麼一個事件怎麼可能具有屬於所有三個類別的特徵呢？麥克塔格特用A系列和B系列之間的這種衝突來論證時間本身的虛幻性，這也許是一個相當極端的結論。大多數物理學家會用不那麼戲劇化的方式來說：時間的流逝是不真實的，但時間本身與空間一樣真實。
恰逢其時
在討論時間流逝時，一個主要的困惑來源在於它與所謂的“時間之箭”之間的聯絡。否認時間流動並不是說過去和未來的指定沒有物理基礎。世界上的事件不可否認地形成了一個單向序列。例如，掉在地上的雞蛋會摔成碎片，而相反的過程——一個破碎的雞蛋自發地組裝成一個完整的雞蛋——是永遠不會被看到的。這是熱力學第二定律的一個例子，該定律指出，封閉系統的熵——粗略地定義為它的無序程度——會隨著時間的推移而增加。完整的雞蛋的熵比破碎的雞蛋的熵要低。
由於自然界充斥著不可逆轉的物理過程，因此熱力學第二定律在時間軸上給世界打上過去和未來方向之間顯著不對稱的關鍵作用。按照慣例，時間之箭指向未來。然而，這並不意味著箭頭正朝著未來移動，就像指南針的指標指向北方並不意味著指南針正在向北移動一樣。兩個箭頭都象徵著一種不對稱，而不是一種運動。時間之箭表示世界在時間上的不對稱，而不是時間的不對稱或流動。過去和未來的標籤可以合法地應用於時間方向，就像向上和向下可以應用於空間方向一樣，但談論過去或未來就像談論向上或向下一樣毫無意義。
可以透過想象一個電影來圖形化地說明過去或未來與過去或未來的區別，例如，雞蛋掉在地上並摔碎。如果膠片在放映機中倒放，每個人都會看到這個序列是不真實的。現在想象一下，如果將膠片切割成幀並將幀隨機洗牌。對某人來說，將一堆幀重新排列成正確的順序是一項簡單的任務，破碎的雞蛋在堆的頂部，而完整的雞蛋在底部。這個垂直堆保留了時間之箭所暗示的不對稱性，因為它在垂直空間中形成一個有序的序列，證明了時間的不對稱性實際上是世界狀態的屬性，而不是時間本身的屬性。沒有必要將膠片實際作為電影放映來辨別時間之箭。
鑑於大多數對時間的物理和哲學分析都未能發現任何時間流逝的跡象，我們留下了一個謎團。我們應該將世界處於持續流動狀態的強大而普遍的印象歸因於什麼呢？一些研究人員，特別是已故的諾貝爾獎獲得者化學家伊利亞·普里戈金，認為不可逆轉過程的微妙物理學使時間流逝成為世界的客觀方面。但我和其他人認為這是一種錯覺。
畢竟，我們並沒有真正觀察到時間的流逝。我們實際觀察到的是，世界後來的狀態與我們仍然記得的較早的狀態不同。我們記住過去而不是未來的事實，並不是對時間流逝的觀察，而是對時間不對稱性的觀察。除了有意識的觀察者之外，沒有任何東西會記錄時間的流逝。時鐘測量事件之間的時間間隔，就像捲尺測量地點之間的距離一樣；它並不測量一個時刻接替另一個時刻的速度。因此，時間流逝似乎是主觀的，而不是客觀的。
活在當下
這種錯覺需要解釋，而這種解釋應該在心理學、神經生理學，甚至可能是語言學或文化中尋找。現代科學幾乎還沒有開始考慮我們如何感知時間流逝的問題；我們只能推測答案。這可能與大腦的功能有關。如果你旋轉幾圈並突然停下來，你會感到頭暈目眩。主觀上，似乎是世界相對於你旋轉，但你的眼睛的證據很清楚：事實並非如此。你周圍環境的明顯移動是由於內耳中的液體旋轉而產生的錯覺。也許時間流逝也類似。
時間不對稱性有兩個方面可能會產生時間在流逝的錯誤印象。首先是過去和未來之間的熱力學區別。正如物理學家在過去幾十年中所意識到的那樣，熵的概念與系統的資訊內容密切相關。因此，記憶的形成是一個單向過程——新的記憶會增加資訊並提高大腦的熵。我們可能會將這種單向性感知為時間的流逝。
第二個可能性是，我們對時間流逝的感知在某種程度上與量子力學有關。從量子力學建立的早期就認識到，時間以一種獨特的方式進入理論，與空間截然不同。時間的特殊作用是量子力學與廣義相對論難以融合的原因之一。海森堡的不確定性原理，根據該原理，自然本質上是不確定的，這意味著一個開放的未來（以及，就此而言，一個開放的過去）。這種不確定性在原子尺度上表現得最為明顯，並決定了表徵物理系統的可觀察屬性通常從一個時刻到下一個時刻都是不確定的。
例如，一個電子撞擊一個原子可能會朝許多方向反彈，並且通常不可能預先預測在任何給定情況下會發生什麼結果。量子不確定性意味著對於特定的量子態，存在許多（可能無限的）替代未來或潛在現實。量子力學為每個可觀察到的結果提供了相對機率，儘管它不會說哪個潛在的未來註定成為現實。
但是當人類觀察者進行測量時，只會獲得一個結果；例如，會發現反彈的電子在某個方向上移動。在測量的行為中，一個單一的、特定的現實從大量的可能性中投射出來。在觀察者的頭腦中，可能性轉變為實際性，開放的未來轉變為固定的過去——這正是我們所說的時間流逝。
對於這種從許多潛在現實轉變為單一實際性的過程是如何發生的，物理學家之間沒有達成一致。許多物理學家認為這與觀察者的意識有關，理由是正是觀察行為促使自然做出決定。一些研究人員，例如牛津大學的羅傑·彭羅斯，認為意識（包括時間流逝的印象）可能與大腦中的量子過程有關。
儘管研究人員未能像視覺皮層那樣在大腦中找到單個的時間器官的證據，但未來的工作可能會確定那些負責我們時間流逝感的大腦過程。可以想象出能夠暫停受試者時間流逝印象的藥物。事實上，一些冥想的實踐者聲稱能夠自然地達到這種精神狀態。
如果科學能夠解釋時間的流逝，那又會怎樣呢？也許我們不再為未來擔憂，也不再為過去悲傷。對死亡的擔憂可能變得像對出生的擔憂一樣無關緊要。期望和懷舊可能不再是人類詞彙的一部分。最重要的是，附著在人類許多活動上的緊迫感可能會消失。我們將不再是亨利·沃茲沃思·朗費羅的懇求的奴隸，要行動，在活生生的當下行動，因為過去、現在和未來都將成為過去的事情。
作者
保羅·戴維斯是一位理論物理學家，也是悉尼麥考瑞大學澳大利亞天體生物學中心的自然哲學教授。他是物理學領域最著作等身的科普書籍作家之一。他的科學研究興趣包括黑洞、量子場論、宇宙的起源、意識的本質和生命的起源。