爱因斯坦的相对论支持一种叫做块状宇宙的东西,它实际上是一个四维时空结构。这意味着每个事件不仅在空间上,而且在时间上都有自己的坐标。就像你前、后空间同时存在一样,未来时间和过去时间也是如此。换句话说,过去、现在和未来可能“同时”一起存在。
麻省理工学院物理学家马克斯·泰格马克说:“我们可以将宇宙视为一个有事情发生的三维空间或什么都没有发生的四维块状宇宙。” 如果是后者,那么我们所体会的时间变化实际上是一种幻觉,因为没有任何变化。一切都在那里——过去、现在和未来,就像视频一样,它录制的电影可能正在上演,但视频本身并没有发生任何变化。
我们可能在任何特定时刻都有这样的错觉:过去已经发生,未来还不存在,事情正在发生变化。但我们可能拥有过去的唯一原因是我们的大脑包含对过去的记忆。如果我们没有任何记忆,我们会不会有任何过去的感觉或时间感?有没有可能时间实际上并不存在?
当涉及到这个时间箭头时,大部分物理学对我们没有帮助,因为它是关于时间对称的。如果时间倒流,所有的方程仍然有效。所以从数学上讲,物理学并没有说时间是前进还是后退。英国物理学家朱利安·巴伯将时间描述为一连串的图片,一连串的快照。对巴伯来说,变化是真实的,但时间不是。他说,时间之所以存在,是因为变化正在发生。
但现实似乎在告诉我们时间确实存在,而且它的箭头只指向一个方向:向前。如果这是出于物理学的一个方面,那就是熵增定律,这是最可能的时间描述。熵是衡量宇宙无序程度的指标,事情总是变得更加混乱,熵总是增加的。熵似乎是时间之箭的唯一原因。
但是为什么熵总是越来越高呢?为什么它没有变低?这似乎没有任何根本原因。率先提出宇宙暴胀概念的麻省理工学院教授艾伦·古斯可能已经解决了这个谜题。他认为信息和熵几乎是一回事,为了了解你的过去,你必须形成记忆。添加记忆意味着添加信息,添加信息会增加熵。因此,一个有意识的系统只能在一个方向上是有意识的——当熵增加时,它允许信息增加。这意味着我们是有意识的,因为我们生活在一个熵不断增加的宇宙中。
因此,如果熵从一开始就一直在增加,这意味着宇宙一定是从可能的最低熵状态开始的。那么,为什么宇宙会以这种方式开始,并将我们送上熵不断增加的轨迹,从而导致时间向前?同样,艾伦·古斯能对这个问题有一个答案。他说如果宇宙无限大,那么宇宙的总熵就是无限的。如果是这样的话,那么开始的任何熵都是低熵,因为总是有增加的可能性。他说,熵将从任何给定的起点开始增加,这意味着大爆炸的熵是多少并不重要,它总是最低的熵,宇宙总是可以流向更大的熵数。
物理学似乎告诉我们,时间必须存在,意识才能存在。似乎我们在这里不是因为时间,而是因为因果关系,因为有一个开始。在那个开始之后,大量的时间流逝使原子形成了复杂的分子,从而产生了生命,随后产生了像我们这样具有过去记忆的有意识的高度智能的生物。看起来,我们之所以存在,是因为时间已经朝着有利于因果关系发生的方向流动。可能还有其他宇宙,时间倒流,但意识不可能存在。
块状宇宙在相对论中是允许的,但量子力学对此有什么要说的呢?量子力学说时间和空间是存在的背景,所以它并不排除块宇宙的想法。但仅仅因为它在相对论和量子力学中是允许的,并不意味着它是真的,我们需要更多的证据。如果宇宙是一个视频,并且所有的时间都像空间中的点一样存在,那么这意味着未来和过去一样是固定。
对许多物理学家来说,虽然我们体验到时间在心理上是真实的,但时间并不是从根本上真实的。在自然界的最深处,时间的流动并不是构建现实所必需的。如果真的没有时间流动,那么块状宇宙就揭示所有时间和所有空间都是串联存在的,我们的命运被封存在于宇宙。