時間終結將是終結的終結

在我們的經驗中，似乎沒有什麼真正會終結。當我們死亡時，我們的身體會腐爛，其中的物質會迴歸大地和空氣，從而創造新的生命。我們以某種形式在之後的世界中延續。但情況總是如此嗎？未來某個時候會存在“之後”嗎？令人沮喪的是，現代物理學表明答案是肯定的。時間本身可能會終結。一切活動都將停止，不會有復甦或恢復。時間的終結將是終結的終結。

這種可怕的前景是愛因斯坦廣義相對論的一個意想不到的預測，該理論為我們提供了對引力的現代理解。在該理論之前，大多數物理學家和哲學家認為時間是宇宙通用的鼓點，宇宙按照穩定的節奏行進，永不改變、動搖或停止。阿爾伯特·愛因斯坦表明，宇宙更像是一場大型復節奏即興演奏會。時間可以變慢、拉長或盡情奔放。當我們感受到引力時，我們感受到的就是時間的節奏即興；下落的物體會被吸引到時間流逝較慢的地方。時間不僅影響物質的行為，還會響應物質的行為，就像鼓手和舞者互相激發進入節奏狂潮。然而，當事情失控時，時間可能會像過度興奮而自燃的鼓手一樣化為烏有。

發生這種情況的時刻被稱為奇點。這個術語實際上指的是時間的任何邊界，無論是開始還是結束。最著名的是大爆炸，那是138億年前宇宙——以及時間——爆發並開始膨脹的瞬間。如果宇宙停止膨脹並再次開始收縮，它將進入類似於大爆炸的反向過程——大坍縮——並將時間猛然停止。

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時間不必在所有地方都消逝。相對論認為，時間在黑洞內部消逝，而在宇宙中則繼續存在。黑洞以其破壞性而聞名，但它們比您想象的還要糟糕。如果您掉進黑洞，您不僅會被撕成碎片，而且您的遺骸最終會撞擊黑洞中心的奇點，您的時間線也將終結。不會有新的生命從您的灰燼中誕生；您的分子不會被回收。就像角色到達小說的最後一頁一樣，您遭受的不僅僅是死亡，而是存在性末日。

物理學家花了數十年才接受相對論會預測如此令人不安的事情，即沒有重生的死亡。直到今天，他們仍然不太確定如何理解它。奇點可以說是物理學家尋求建立統一物理理論的主要原因，該理論將愛因斯坦的傑作與量子力學結合起來，以建立量子引力理論。他們這樣做部分是為了希望能夠解釋清楚奇點。儘管如此，您需要小心您想要什麼。時間的終結難以想象，但時間不終結可能同樣是悖論。

早在愛因斯坦出現之前，歷代哲學家就一直在爭論時間是否會消亡。伊曼努爾·康德認為這個問題是“二律背反”——你可以從兩個方面論證，讓你不知道該怎麼想。

我的岳父在機場遇到過這種困境。一天晚上他去機場，卻發現他的航班早已起飛。值機櫃臺的人員責備他，說他應該知道“凌晨12點”的預定起飛時間意味著早上的第一件事。然而，我岳父的困惑是可以理解的。官方上沒有“凌晨12點”這個時間。午夜既是一天的結束，也是新一天的開始。在24小時制時間表示法中，它既是2400，也是0000。

亞里士多德在論證時間既沒有開始也沒有結束時，也引用了類似的原則。每一刻既是一個時代的結束，也是新事物的開始；每一件事既是某種結果，也是其他事物的原因。那麼時間怎麼可能終結呢？是什麼阻止了歷史上的最後一件事件導致另一件事發生？實際上，當“終結”這個概念本身就預設了時間時，您又如何定義時間的終結呢？牛津大學哲學家理查德·斯溫伯恩斷言：“時間在邏輯上不可能有終結。” 但是，如果時間不能終結，那麼宇宙必然是無限長壽的，而所有由無限概念引起的問題都會湧入。哲學家們認為，無限除了是一個數學理想化概念之外，其他任何東西都是荒謬的。

大爆炸理論的勝利和黑洞的發現似乎解決了這個問題。宇宙充滿了奇點，並且可能會遭受各種令人痛苦的時間災難；即使它避開了大坍縮，也可能被大撕裂、大凍結或大剎車所摧毀[見下方方框]。但是，再問問奇點（無論大小）實際上是什麼，答案就不再那麼清楚了。密歇根大學的物理學主要哲學家勞倫斯·斯克拉爾說：“奇點物理學有待確定。”

產生這些怪物的理論本身表明它們不可能真正存在。例如，在大爆炸奇點，相對論認為，我們看到的所有星系的前身都被壓縮成一個數學點——不僅僅是一個微小的針尖，而是一個真正的零尺寸點。同樣，在黑洞中，不幸宇航員的每一個粒子都被壓縮成一個無限小的點。在這兩種情況下，計算密度都意味著除以零體積，從而產生無窮大。其他型別的奇點不涉及無限密度，而是涉及無限的其他東西。

需要新的理論了

儘管現代物理學家不像亞里士多德和康德那樣對無窮大感到厭惡，但他們仍然認為這是他們將理論推得太遠的跡象。例如，考慮一下中學教授的標準射線光學理論。它可以完美地解釋眼鏡處方和哈哈鏡。它還預測，透鏡會將來自遠處光源的光聚焦到一個數學點，從而產生強度無限大的光點。實際上，光聚焦的不是一個點，而是一個靶心圖案。它的強度可能很高，但始終是有限的。射線光學是錯誤的，因為光實際上不是射線，而是波。

與此類似，幾乎所有物理學家都假定宇宙奇點實際上具有有限的密度，即使密度很高。相對論是錯誤的，因為它未能捕捉到在奇點附近發揮作用並控制密度的引力或物質的某些重要方面。加州大學聖巴巴拉分校的物理學家詹姆斯·B·哈特爾說：“大多數人會說，它們表明該理論在那裡崩潰了。”

要弄清楚發生了什麼，需要一個更全面的理論，即量子引力理論。物理學家仍在研究這種理論，但他們認為它將包含量子力學的核心見解：物質像光一樣具有波動性。這些屬性應該將假定的奇點塗抹成一個小的團塊，而不是一個點，從而消除除以零的錯誤。如果是這樣，時間實際上可能不會終結。

物理學家對此爭論不休。有些人認為時間確實會終結。這種選擇的問題在於，已知的物理定律在時間範圍內執行，並描述事物如何運動和演化。時間的終點超出了範圍；它們必須不僅受新的物理定律支配，而且受新型物理定律支配，這種定律避開時間概念（例如運動和變化），而偏愛永恆的概念（例如幾何優雅）。幾年前，新加坡國立大學的佈雷特·麥金尼斯在一項提議中借鑑了量子引力理論的主要候選者——弦理論的思想。他認為，宇宙的原始團塊具有環面的形狀；由於關於環面的數學定理，它必須是完全均勻和光滑的。然而，在大坍縮或黑洞奇點處，宇宙可能具有任何形狀，並且相同的數學推理可能不再適用；宇宙通常會非常粗糙。這種幾何物理定律與通常的動力學定律在一個關鍵意義上有所不同：它在時間上不對稱。終結不僅僅是倒放的開始。

其他量子引力研究人員認為，時間會永遠延伸下去，既沒有開始也沒有結束。他們認為，大爆炸只是宇宙永恒生命中的一個戲劇性轉變。也許大爆炸前的宇宙開始經歷大坍縮，並在密度變得太高時發生了逆轉——大反彈。這種史前史的遺蹟甚至可能延續至今。透過類似的推理，黑洞中心奇異的團塊會像微型恆星一樣沸騰和冒泡。如果您掉進黑洞，您會痛苦地死去，但至少您的時間線不會終結。您的粒子會掉進團塊中，並在其上留下獨特的印記，未來的世代可能會在黑洞發出的微弱光芒中看到它。

透過假設時間繼續前進，這種方法的支持者避免了推測新型物理定律的需要。然而，他們也遇到了麻煩。例如，宇宙隨著時間的推移變得越來越無序。如果它已經存在了無限久，為什麼現在還沒有完全混亂呢？至於黑洞，帶有您印記的光線如何才能設法逃脫黑洞的引力束縛？

最重要的是，物理學家與哲學家一樣，也在與二律背反作鬥爭。已故的量子引力先驅約翰·阿奇博爾德·惠勒寫道：“愛因斯坦的方程說‘這就是終結’，而物理學說‘沒有終結’。” 面對這種困境，有些人束手無策，並得出結論，科學永遠無法解決時間是否會終結的問題。對於他們來說，時間的邊界也是理性和經驗觀察的邊界。然而，另一些人認為，這個難題只需要一些新的思考。“這並非超出物理學的範圍，” 加州大學聖巴巴拉分校的物理學家加里·霍洛維茨說。“量子引力應該能夠提供明確的答案。”

時間如何流逝

HAL 9000可能是一臺計算機，但它可能是《2001太空漫遊》中最人性化的角色——富有表現力、足智多謀，不僅僅是一堆電線，還充滿了矛盾。甚至它的死亡也令人想起人類的死亡。這不是一個事件，而是一個過程。當戴夫慢慢拔出它的電路板時，HAL的智力逐一喪失，並描述了它的感受。它以一種通常垂死之人無法做到的方式，表達了退化的體驗。人類生命是一項複雜的組織壯舉，是科學已知的最複雜的組織，它的出現或消失會經歷生命與非生命之間的暮光地帶。現代醫學將一盞燈照進那片暮光中，醫生們拯救了曾經會喪生的早產兒，並救回了曾經過了不歸路的人。

當物理學家和哲學家努力理解時間的終結時，許多人看到了與生命終結的相似之處。正如生命從組織自身的無生命的分子中產生一樣，時間也可能從某種將自身整理成秩序的永恆物質中產生[參見克雷格·卡倫德的文章“時間是幻覺嗎？”]。一個時間世界是一個高度結構化的世界。時間告訴我們事件何時發生、持續多長時間以及以什麼順序發生。也許這種結構不是從外部強加的，而是從內部產生的。可以製造的東西就可以解構。當結構崩潰時，時間就終結了。

按照這種思路，時間的消亡並不比任何其他複雜系統的瓦解更具悖論性。時間逐一失去其特徵，並從存在到不存在地穿過暮光地帶。

第一個消失的可能是它的單向性——它從過去指向未來的“箭頭”。自19世紀中期以來，物理學家就認識到，箭頭不是時間本身的屬性，而是物質的屬性。時間本質上是雙向的；我們感知的箭頭僅僅是物質從有序到混亂的自然退化，任何與寵物或幼兒一起生活的人都會認識到這種綜合症。（最初的有序性可能歸功於麥金尼斯推測的幾何原理。）如果這種趨勢持續下去，宇宙將接近平衡狀態或“熱寂”，在這種狀態下，它不可能變得更混亂。單個粒子將繼續重新洗牌自身，但整個宇宙將停止變化，任何倖存的時鐘都將雙向抖動，未來將變得與過去無法區分。一些物理學家推測，箭頭可能會反轉，以便宇宙可以開始自我整理，但對於其存在完全依賴於時間向前箭頭的凡人生物來說，這種反轉將標誌著時間的終結，就像熱寂一樣。

失去時間概念

最近的研究表明，箭頭並不是時間在經歷損耗性死亡時可能失去的唯一特徵。另一個可能是持續時間的概念。我們已知的時間是以量來計算的：秒、天、年。如果不是這樣，我們可以知道事件按時間順序發生，但無法知道它們持續了多長時間。牛津大學物理學家羅傑·彭羅斯在美國於2011年首次出版的書籍《時間週期：宇宙的非凡新觀點》中提出了這種情況。

在他的整個職業生涯中，彭羅斯似乎真的對時間懷有敵意。他和劍橋大學物理學家斯蒂芬·霍金在20世紀60年代表明，奇點不僅出現在特殊環境中，而且應該無處不在。他還認為，落入黑洞的物質沒有來世，時間在真正基本的物理理論中沒有地位。

在他的最新攻擊中，彭羅斯從對極早期宇宙的基本觀察開始。它就像一盒剛剛倒在地板上但尚未組裝的樂高積木——夸克、電子和其他基本粒子的混合物。原子、分子、恆星和星系等結構必須從它們一步一步地拼湊起來。第一步是質子和中子的產生，它們由三個夸克組成，直徑約為飛米（10⁻¹⁵ 米）。它們在大爆炸（或大反彈，或其他任何東西）後約10微秒聚集在一起。

在那之前，根本沒有結構——沒有任何東西是由結合在一起的碎片組成的。因此，沒有任何東西可以充當時鐘。時鐘的振盪依賴於明確的參考，例如擺錘的長度、兩面鏡子之間的距離或原子軌道的尺寸。這樣的參考尚不存在。粒子團塊可能會暫時聚集在一起，但它們無法計時，因為它們沒有固定的大小。單個夸克和電子也不能作為參考，因為它們也沒有大小。無論粒子物理學家多麼仔細地放大一個粒子，他們看到的都只是一個點。這些粒子擁有的唯一類似大小的屬性是它們所謂的康普頓波長，它設定了量子效應的尺度，並且與質量成反比。而且，甚至在質量賦予它們質量的過程尚未發生的，大爆炸後約10皮秒之前，它們也缺乏這種基本尺度。

彭羅斯說：“沒有任何型別的時鐘。” “事物不知道如何跟蹤時間。” 在沒有任何能夠標記規則時間間隔的東西的情況下，無論是阿秒還是飛秒過去，對於原始湯中的粒子來說都沒有什麼區別。

彭羅斯提出，這種情況不僅描述了遙遠的過去，也描述了遙遠的未來。在所有恆星熄滅很久之後，宇宙將成為黑洞和鬆散粒子的陰暗燉鍋；然後即使是黑洞也會衰變消失，只留下粒子。這些粒子中的大多數將是無質量的粒子，例如光子，並且時鐘將再次變得不可能構建。在宇宙被例如大坍縮熄滅的另一種未來中，時鐘的情況也好不到哪裡去。

您可能會認為，即使沒有任何東西可以測量持續時間，持續時間在抽象意義上仍然有意義。但是研究人員質疑，即使原則上無法測量的量是否真的存在。對於他們來說，無法制造時鐘是時間本身已被剝奪其定義特徵之一的跡象。西班牙格拉納達大學的物理學哲學家亨利克·津克納格爾說：“如果時間是在時鐘上測量的，並且沒有時鐘，那麼就沒有時間。” 他也研究過早期宇宙中時間的消失。

儘管彭羅斯的設想很優雅，但它確實有弱點。並非遙遠未來的所有粒子都是無質量的；至少有一些電子會存活下來，您應該能夠用它們製造時鐘。彭羅斯推測，電子會以某種方式節食並減輕質量，但他承認自己立足不穩。“這是這個理論中更令人不安的事情之一，” 他說。此外，如果早期宇宙沒有尺度感，它如何能夠膨脹、變稀和冷卻下來？

然而，如果彭羅斯有所發現，那它就具有非凡的意義。儘管密集堆積的早期宇宙和永遠空曠的遙遠未來看起來像是截然相反的，但它們同樣缺乏時鐘和其他尺度測量標準。“大爆炸與遙遠的未來非常相似，” 彭羅斯說。他大膽地推測，它們實際上是宏大宇宙迴圈的同一階段。當時間終結時，它將迴圈回到新的大爆炸。彭羅斯，一個畢生致力於論證奇點標誌著時間終結的人，可能已經找到了一種讓時間繼續下去的方法。時間的殺手變成了它的救星。

時間靜止

即使持續時間變得毫無意義，飛秒和阿秒也模糊不清，時間也還沒有完全死亡。它仍然規定事件以因果關係的順序展開，這對所有觀察者來說都是相同的。在這方面，時間與空間不同。在時間上相鄰的兩個事件——當我敲擊鍵盤時，字母會出現在我的螢幕上——是密不可分的。但是，在空間上相鄰的兩個物體——鍵盤和便利貼——可能彼此無關。空間關係根本不具有時間關係所具有的必然性。

然而，在某些條件下，時間甚至可能失去這種基本的排序功能，而僅僅變成空間的另一個維度。這個想法可以追溯到20世紀80年代，當時霍金和哈特爾試圖將大爆炸解釋為時間和空間開始區分開來的時刻。2008年，西班牙薩拉曼卡大學的馬克·馬爾斯和西班牙巴斯克大學的何塞·M·M·塞諾維拉和勞爾·維拉將類似的想法應用於時間的終結，而不是時間的開始。

他們的靈感來自弦理論及其猜想，即我們的四維宇宙——三個空間維度，一個時間維度——可能是一個膜，或者僅僅是一個“膜宇宙”，漂浮在像風中的葉子一樣的高維空間中。我們像毛毛蟲緊緊抓住葉子一樣被困在膜宇宙上。通常，我們可以自由地在我們的四維監獄中漫遊。但是，如果膜宇宙被劇烈地吹動，我們所能做的就是緊緊抓住生命；我們再也無法移動。具體來說，我們必須以超過光速的速度才能在膜宇宙上取得任何進展，而我們無法做到這一點。所有過程都涉及某種型別的運動，因此它們都會停止。

從外部看，我們生活中連續時刻形成的時間線並沒有終結，而只是彎曲，以至於它們變成了穿過空間的線。膜宇宙仍然是四維的，但所有四個維度都將是空間。馬爾斯說，物體“被膜宇宙強迫以越來越接近光速的速度移動，直到最終軌跡傾斜得如此之大，以至於它們實際上是超光速的，並且沒有時間。關鍵點是，他們可能完全沒有意識到正在發生在他們身上的事情。”

由於我們所有的時鐘也會變慢並停止，我們將無法分辨時間是否正在轉變為空間。我們所能看到的就是星系等物體似乎正在加速。令人毛骨悚然的是，這正是天文學家真正看到的，並且通常將其歸因於某種未知的“暗能量”。這種加速會不會是時間的絕唱？

您的時間到了

到了這個後期階段，時間似乎已經消逝為虛無。然而，時間的影子仍然揮之不去。即使您無法定義持續時間或因果關係，您仍然可以按事件發生的時間標記事件，並將它們排列在時間線上。最近，幾組弦理論家在時間如何被剝奪最後剩餘特徵方面取得了進展。芝加哥大學的埃米爾·J·馬蒂內茨和薩夫迪普·S·塞西，以及德克薩斯農工大學的丹尼爾·羅賓斯，以及霍洛維茨、斯坦福大學的伊娃·西爾弗斯坦和布蘭代斯大學的阿爾比恩·勞倫斯等人，使用弦理論最強大的思想之一——全息原理，研究了黑洞奇點處時間會發生什麼。

全息圖是一種特殊的影像，可以喚起深度感。全息圖雖然是平面的，但經過圖案化處理，使其看起來好像一個固體物體漂浮在您面前的三維空間中。全息原理認為，我們的整個宇宙就像一個全息投影。複雜的相互作用量子粒子系統可以喚起深度感——也就是說，一個在原始系統中不存在的空間維度。

但反過來卻不成立。並非每個影像都是全息圖；它必須以正確的方式進行圖案化。如果您刮擦全息圖，您會破壞幻覺。同樣，並非每個粒子系統都會產生像我們這樣的宇宙；系統必須以這種方式進行圖案化。如果系統最初缺乏必要的規律性，然後發展出這些規律性，則空間維度就會突然出現。如果系統恢復無序狀態，維度將從何而來，又將消失到何處。

那麼，想象一下恆星坍縮成黑洞。恆星對我們來說是三維的，但對應於某些二維粒子系統中的模式。隨著其引力增強，相應的平面系統以越來越高的熱情抖動。當奇點形成時，秩序完全崩潰。這個過程類似於冰塊融化：水分子從規則的晶體排列變為液體的無序混亂狀態。因此，第三維度實際上融化消失了。

隨著它的消失，時間也隨之消失。如果您掉進黑洞，您手錶上的時間取決於您與黑洞中心的距離，而黑洞中心是在融化的空間維度內定義的。隨著該維度瓦解，您的手錶開始不受控制地旋轉，並且不可能說事件發生在特定時間或物體位於特定位置。“時空的傳統幾何概念已經結束，” 馬蒂內茨說。

這在實踐中意味著，空間和時間不再為世界提供結構。如果您嘗試測量物體的位置，您會發現它們似乎位於多個位置。空間分離對它們來說毫無意義；它們從一個地方跳到另一個地方，而無需穿過中間的距離。實際上，這就是一個不幸的宇航員越過黑洞的不歸路點（即事件視界）後，他的印記如何返回的原因。“如果空間和時間在奇點附近不存在，則事件視界不再明確，” 霍洛維茨說。

換句話說，弦理論不僅僅是抹去了假定的奇點，用更令人愉快的東西取代了錯誤的點，同時讓宇宙的其餘部分保持不變。相反，它揭示了空間和時間概念的更廣泛崩潰，其影響持續存在於遠離奇點本身的地方。可以肯定的是，該理論仍然需要在粒子系統中存在時間的基本概念。科學家們仍在努力開發一種完全不預設時間的動力學概念。在那之前，時間仍然頑強地依戀著生命。它在物理學中根深蒂固，以至於科學家們尚未想象出它最終和完全的消失。

科學透過分解不可理解的事物來理解它，透過表明令人生畏的旅程只不過是一系列小步驟。時間的終結也是如此。在思考時間時，我們對自己在宇宙中作為凡人的地位有了更好的認識。時間將逐漸失去的特徵是我們存在的先決條件。我們需要時間是單向的，以便我們發展和進化；我們需要持續時間和尺度的概念，以便能夠形成複雜的結構；我們需要因果排序，以便過程能夠展開；我們需要空間分離，以便我們的身體能夠在世界中創造一小片有序的空間。隨著這些品質的消逝，我們生存的能力也隨之消失。時間的終結可能是我們可以想象的東西，但沒有人會直接體驗到它，就像我們無法在自己死亡的那一刻保持清醒一樣。

當我們的後代接近時間的終結時，他們將需要在日益惡劣的宇宙中為生存而奮鬥，而他們的努力只會加速不可避免的到來。畢竟，我們不是時間消亡的被動受害者；我們是肇事者。當我們活著時，我們將能量轉化為廢熱，並促進宇宙的退化。時間必須消亡，我們才能生存。