《时间的秩序》

🗒️我的笔记

导言 也许时间是最大的奥秘

• “为什么我们记得过去，而非未来？是我们存在于时间之内，还是时 间存在于我们之中？说时间“流逝”到底意味着什么？是什么把时间与我 们作为人的本性，与我们的主观性联系在一起？ 当我倾听时间的流逝时，我到底在倾听什么？” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 6) (pdf)
• “这是一趟返程之旅，朝向本书第一部分追寻世界基本原理时丢失的 时间。就像一部犯罪小说，我们正在搜寻其中的罪犯：创造时间的元凶。我们一个接一个地发现我们所熟知的时间的组成部分，现在它们再 也不是现实的基本结构，而是由我们这些笨拙又终有一死的生物做出的 有用近似：也许是我们的视角决定了我们是什么。因为和宇宙相比，时 间之谜也许从根本上说与我们自身关系更为密切。也许，就像第一个、 也是最伟大的侦探故事——索福克勒斯（Sophocles）的《俄狄浦斯王》 那样，罪犯就是侦探本人。” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 7) (pdf)

第一部分 时间的崩塌

• 1. 统一性的消失

  • 对时间结构的改造进而影响了物体的运动,物体会自然倾向于向时间流逝更慢的地方运动

    • “先于观察就理解某种事物的能力，是科学思想的核心。在古代，阿 那克西曼德明白天空在我们脚下仍然延续，远早于轮船能够环游地球。 现代伊始，哥白尼就明白是地球在转动，远早于宇航员从月球上看到这 一事实。与之类似，在钟表的发展精确到足以测量出时间以不同速度流 逝之前，爱因斯坦就意识到，时间在不同地方的流逝是不均匀的。”Quote ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 9) (pdf)
    • “爱因斯坦问了自己一个问题，在我们学习引力时，这一问题也许同 样困扰过我们：太阳与地球没有相互接触，它们之间也没有任何东西可 借助，那么它们是怎样相互“吸引”的呢？ 他找到了一个合理的解释，猜想太阳和地球并没有直接相互吸引， 而是分别对它们之间的事物产生作用。既然在它们之间存在的只有空间 与时间，他猜想太阳和地球都改造了周围的空间和时间，就像一个物体 浸入水中会把周围的水排开。对时间结构的改造进而影响了物体的运动，使得它们“落”向彼此。（这是广义相对论的精髓）
    • “时间结构的改造”是什么意思呢？它指的就是上文提到的时间的延缓：物体会使它周围的时间变慢。地球是个庞然大物，会使其附近的时 间变慢。这种效应在平原处更明显，在山上要弱一些，因为平原更近。 这就是在海平面高度居住的人衰老得慢一些的原因。物体下落就是由于这一时间的延缓。在时间流逝一致的地方，比如 星际空间，物体不会下落，它们会浮在空间中。而在我们的星球表面， 物体会自然倾向于向时间流逝更慢的地方运动，就像当我们从沙滩往大 海奔跑时，腿上水的阻力会让我们向前方跌进海浪里一样。物体会下落，是由于在较低的位置，时间被地球减慢了。” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 10) (pdf)

  • 固有时”（proper time），单一量“时间”消融于时间之网中,我们描述的是事物在当地时间（local time）中演化的方式，以 及当地时间相对于彼此如何演化

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    • “按照阿那克西曼德给出的重要指引：通过理解现象如何按照时间的 秩序发生，天文学与物理学发展起来。在古代，天文学描述星体在时间 中的运动；物理方程描述事物在时间中如何改变。从建立力学基础的顿方程，到描述电磁现象的麦克斯韦方程组；从描述量子现象如何演化 的薛定谔方程，到描述亚原子粒子动力学的量子场论方程：整个物理学 乃至科学，都在讲述事物是如何“按照时间的秩序”演化的。” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 11) (pdf)
    • “但如果不同的时钟记录着不同的时间，正如我们在前文中所见，那 么t表示什么呢？如果两个朋友一个住在山里，一个住在海平面附近， 当他们再见面时，他们腕上的手表会显示不同的时间。那么这两个哪个 是t？在物理实验室中，桌上的表和地上的表以不同的速度运转，我们 要以哪只表为准？我们如何描述它们之间的差别？我们应该说，相对于 桌上的表所记录的真实时间，地上的表走得慢了？还是说，桌上的表走 得比地上的表记录的真实时间要快呢？
    • 这个问题是没有意义的。也许我们可以问什么是最真实的——是在 美元中英镑的价值，还是在英镑中美元的价值。并没有“更真实”的价 值：它们只是两种货币，有着相对于彼此的价值。也不存在更真实的时 间。存在的是两个时间，相对于彼此在变化。没有哪一个比另一个更真 实。
    • 但并不是只有两个时间，时间有很多：空间中的每个点都有不同的 时间。并不是只有单一的时间，而是有非常非常多。 在物理学中，一个特定时钟测量的特定现象中的时间称为**“固有时”（proper time）**。每个钟都有其固有时。每个出现的现象都有其固有 时，有它自己的节奏。” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 12) (pdf)
    • “单一量“时间”消融于时间之网中。我们并不描述世界在时间中演化 的方式：我们描述的是事物在当地时间（local time）中演化的方式，以 及当地时间相对于彼此如何演化。世界并不像一个指挥官指挥着一个排 的士兵同时前进，它是一个由彼此影响的事件组成的网络。 这就是爱因斯坦的广义相对论所描绘的时间的样子。他的方程中不 存在单一的“时间”，而是有无数的时间。两个事件之间经历的时间并不 是单一一个时间，就如同两个先分开再放到一起的时钟。3物理学并不 描述事物“在时间中”如何演化，而是描述事物在它们自己的时间中如何 演化，以及“时间”相对于彼此怎样演化。” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 13) (pdf)

    它们也可以用单独的变量t，即“时间坐标”写出，但此处并不 表示时钟测出的时间（由ds决定，而非dt），而且有可能在不改变 所描述的世界的情况下随意改变。这个t不代表一个物理量。钟表 测量的是沿着宇宙线γ的固有时，由 给出。这个量与ds的 关系后文还会进一步讨论。

• 2. 方向的消失

  • 仅仅在有热量的地方，时间之矢才会出现，这是唯一一条能够把过去与未来区分开的物理定律

    • “过去与未来有别。原因先于结果。先有伤口，后有疼痛，而非反 之。杯子碎成千片，而这些碎片不会重新组成杯子。我们无法改变过 去，我们会有遗憾、懊悔、回忆。而未来是不确定、欲望、担忧、开放 的空间，也许是命运。我们可以向未来而活，塑造它，因为它还不存 在。一切都还有可能…时间不是一条双向的线，而是有着不同两端的 箭头。对我们影响最大的是时间的这一特征，而非其流逝的速度。这是关 于时间最基本的一件事。时间之谜在于我们可以感知到的脉搏的跳动， 在于内心深处的记忆之谜，以及对未来的担忧。这就是思考时间的意 义。这种流动究竟是什么呢？在世界的基本法则中，它居于何处？在世 界的运行机制中，把已经存在的过去与尚未存在的未来区别开的，是什 么呢？对我们来说，过去与未来为何如此不同？” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 15) (pdf)
    • “萨迪的小册子传到了一位目光如炬、严格苛刻的普鲁士教授手里， 这位教授的名字是鲁道夫·克劳修斯（Rudolf Clausius）。他在紧要关头 抓住了问题的根本，阐述了一条注定留名的定律：不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。 此处的关键点在于其与物体下落时的区别，例如，一个球可能会下 落，但它也会反弹回来，热量则不然。这是唯一一条能够把过去与未来区分开的物理定律。” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 16) (pdf)
    • “其他任何一条定律都无法做到这一点。掌管力学世界的牛顿定律不 行，描述电与磁的麦克斯韦方程组不行，爱因斯坦相对论的引力方程不 行，海森堡、薛定谔、狄拉克的量子力学方程也不行，描述基本粒子的 20世纪物理学还是不行…这些方程都无法把过去与未来区别开。[5]如 果这些方程允许一系列事件发生，那么也会允许这一系列事件在时间上 的逆过程发生。[6]在世界的基本方程中[7]，仅仅在有热量的地方，时间之矢才会出现。[8]因此时间与热量的联系是根本性的：每当过去与未来 的差别显现，都会有热量参与其中。如果一个过程倒过来看很荒谬，那 么一定有东西被加热了。” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 19) (pdf)

  • 熵，ΔS≥0热力学第二定律（克劳修斯，玻尔兹曼）

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    • 热力学第二定律

      • “如果一段影片中有一只球在滚动，我无法分辨影片是正常放映还是 在倒放。但是如果球停了下来，我就知道是正着播放的。倒放的话，这 就是不可能发生的事：球自己动起来了。球减速到最终静止下来，是由 于摩擦，摩擦生热。只有在有热量的地方，才会有过去与未来的差别。 例如念头，从过去延展至未来，而非反之——实际上，思考也会在我们 的大脑中产生热量。 克劳修斯引入了一个量，来量度热量的单向不可逆过程。由于他是 个很有学识的德国人，他用了古希腊语“熵”为之命名：” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 19) (pdf)

        我喜欢用古代的语言来给重要的科学量命名，这样它们就不会在现 在依然在使用的各种语言中发生变化。因此我建议把物质的这个量命名 为“熵”，在希腊语中意为“转化”。

      • 克劳修斯的“熵”用字母S表示，是个可测量也可计算的量，在孤立系统中会增加或保持不变，但永不减少。为了表示它永不减少，我们可 以这样写： ΔS≥0。读作“Delta S永远大于或等于零”，我们把它称为“热力学第二定 律”（热力学第一定律是能量守恒定律）。其核心在于热量只能从高温物体传到低温物体，而非反过来。Concept

      • ((656d8928-e66d-472c-9dac-f4013e536adf))

    • 热振动就像在不停地洗一副牌：如果牌是按顺序排列的，洗牌的过程就会把顺序打乱，熵之所以会存在，是因为我们以一种模糊的方式描述世界

    ((656d5a28-5b78-473b-8285-e0261295e8d6)) - “我们看着杯中的水，就像宇航员从月亮上看着地球：宁静，闪闪发 光，湛蓝。在月球上，无法看到地球上生机勃勃的生命，无法看到植物 与动物，无法看到欲望与绝望，只能看到一个蓝色的球体。在一杯水的 表面之下，也有着类似的勃勃生机，由无数分子的运动构成——远比地 球上的生物更多。 这种扰动让一切都动了起来。如果某个区域的分子是静止的，就会 被附近疯狂的分子带动，也运动起来：振动会传播，分子之间相互碰 撞。这样，低温物体与高温物体接触后就被加热了：低温物体的分子被 高温物体的分子推动，躁动起来。它们升温了。 - **热振动就像在不停地洗一副牌：如果牌是按顺序排列的，洗牌的过 程就会把顺序打乱。**这样，通过洗牌——借助万物自发的无序化，热量 就从高温物体传向了低温物体，而非反之。熵的增加只不过是普遍又常见的无序的自然增长。 这就是玻尔兹曼领悟到的内容。过去与未来的区别不在运动的基本 规律里，也不在自然的深层法则中。是自然的无序化导致了越来越非特 定、不特殊的情形。” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 24) (pdf) - 如果我们观测一个现象，它在开始时处于熵较低的状态，那么它熵会增加的原因很明显——在洗牌的过程中，一切都变得无序了。但为 什么我们在宇宙中观测到的现象最初都处在熵较低的状态呢？ - “现在我们来到了关键之处。如果一副牌的前二十六张都是红色的， 后二十六张都是黑色的，我们就把这些牌的排列称为“特殊的”“有序 的”。洗牌之后，顺序就消失了。最初有序的排列就是“低熵”的排列。 但是请注意，如果我们观察的是牌的颜色——红或黑，那么它是很特殊 的，因为我们正把注意力放在牌的颜色上。如果前二十六张牌都是红桃 和黑桃，那么这种排列也很特殊。或者都是奇数，或者是这副牌里最褶 皱的二十六张，又或者是与三天前完全相同的二十六张牌…或者它们 有其他共同点。仔细思考，如果我们观察其全部细节的话，每一种排列都是特殊的，每一种排列都是独一无二的，因为每一种排列都有其独特 的一面。就如同对母亲而言，她的孩子都是独一无二的。” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 25) (pdf) - 如此看来，只有当我把目光聚焦于牌的特定方面时（在这个例子中 是颜色），“某些排列比另一些更特殊”的概念才有意义（比如二十六张 红色的牌，然后是二十六张黑色的牌）。如果我们从各个方面对牌进行 区分，那所有排列就都是等价的：没有哪个比其他的更特殊。[11]只有当 我们以一种模糊与近似的方式看待宇宙的时候，“特殊性”的概念才会出现。 **玻尔兹曼说明了熵之所以会存在，是因为我们以一种模糊的方式描 述世界。**他证明了熵就是我们模糊的视野无法区分的不同排列的数量。 热量、熵、过去的低熵都是近似地、统计性地对自然进行描述的概念。Thoughts - “是的。如果我去观测事物的微观状态，那么过去与未来的区别就会 消失。比如，未来的世界由现在的状态所决定，过去也是如此。[12]我经常说原因先于结果，然而在事物的基本层面，“原因”与“结果”之间没 有区别。（这一点将会在第十一章中更详细地谈到）规律，也就是我们 所说的物理定律，联系着不同时间的事件，但在过去与未来之间，它们 是对称的。在微观描述中，说过去与未来不同是没有意义的。[13]这就是玻尔兹曼工作中出现的令人不安的结论：过去与未来的区别只适用于我 们对世界模糊的观察。” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 26) (pdf)

• 3. 当下的终结

  • 速度也会延缓时间

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    • 和以前一样，这对好友会经历不同长度的时间间隔：运动的那个衰 老得慢一些，他的表走的时间少一些；他可以用来思考的时间更少；携 带的植物要更久才能发芽，等等。因为对于一切运动的物体，时间流逝 得都要慢一些。要想观测到这一效应，必须非常快地运动才行。20世纪70年代，人 们在飞机上使用精密的钟表，首次观测到这种效应。[18]飞机上的钟表显 示的时间落后于地上的钟表。如今，很多物理实验中都能观测到时间的 延缓。
    • “这并不需要很复杂的推理。麦克斯韦方程组很好地描述了电与磁， 其中包含着通常的时间变量t，但有个奇特的性质：如果你以特定的速度运动，那么对你而言，麦克斯韦方程组将不再适用（也就是无法描述 你观测到的现象），除非你把时间换成另一个变量t′。[19]数学家已经知 道麦克斯韦方程组这个奇特的性质[20]，但没有人理解其中的含义。爱因 斯坦理解了其中的意义：**t是当我静止时流逝的时间，静止时事件发生的节奏，就像我自己；t′是“你的时间”，伴随你一起运动时事件发生的 节奏。t是静止时我的手表测量到的时间，t′是运动时你的手表测量到的时间。**在此之前，没人设想过，对于一块静止的手表和一块运动的手表，时间会是不同的。爱因斯坦从麦克斯韦方程组中解读出了这一点， 并且十分认真地对待它” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 29) (pdf)
    • 因此，运动的物体比静止的物体经历更短的时间段：钟表会记录更少的时间，植物会长得更慢，年轻人做白日梦的时间更少。对运动的物体而言，时间会收缩。不仅不同地点没有一个单一的时间——甚至对同 一个地点而言，单一的时间都不存在。时间长短只与拥有既定轨迹的物体的运动有关。

  • “现在”即空无，“当下”的概念涉及与我们邻近的事物，而非远处，没有现在只有“延展的现在”

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    • “在遥远的地方，“现在”正发生些什么呢？比如说，假设你姐姐去了 比邻星b——这颗目前发现的距离我们大约四光年的行星，那她“现 在”正在比邻星b上做什么呢？ 唯一正确的答案是，这个问题没有意义。就好像我们身处威尼斯， 却问：“这里是北京的哪里？”这样问没有意义，因为如果在威尼斯我 用“这里”这个词，我指的是威尼斯的某处，不在北京。” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 30) (pdf)
    • 如果你姐姐在房间里，你想知道现在她在做什么，答案通常很简 单：你看看她就知道了。如果她离得很远，你可以给她打个电话问问。 但请注意：如果你看到姐姐，你接收到了从她那里传到你眼里的光线 ——光需要花些时间到你这里，比如说几纳秒——一秒的很小一部分， 那么，你并没有看到她现在在做什么，而是看到了她几纳秒以前在做什 么。如果她在纽约，你从利物浦打电话给她，她的声音要花几毫秒到你 这儿，所以你最多能知道的是你姐姐几毫秒以前在做什么。不过这也许 并没有很明显的区别。 然而，如果你姐姐在比邻星b上，光从那里到你这儿要花四年。因 此，如果你从望远镜里看到她，或者从她那儿收到无线电信号，你得知 的是她四年前在做的事，而不是她现在正在做什么。比邻星b的现在显 然不是你通过望远镜看到的，或是通过无线电听到的。
    • 也许你会说，你姐姐现在做的，是从你透过望远镜看到她的时刻 起，四年之后将要做的？但并非如此，这也行不通：在你透过望远镜看 到她的四年后，在她的时间里，她也许已经返回地球，并且是在未来十个地球年以后了（是的，这的确可能！）。可是，现在不可能在未 来…
    • 事情的真相是，我们需要放弃问这个问题。[23] 在比邻星b上，并不存在一个特定的时刻，与此时此地的当下相对 应。
    • “去问你姐姐在比邻星b上的哪个时刻与现在相对应，是没有意义 的。就像问哪支足球队赢得了篮球比赛冠军，一只燕子赚了多少钱，或是一个音符有多重。这些都是没有意义的问题，因为足球队踢足球，不打篮球；燕子不会忙着赚钱；声音也无法称重。“篮球冠军”指的是篮球 队，而非足球队。收入只涉及人类社会，而非燕子。“当下”的概念涉及与我们邻近的事物，而非远处。” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 31) (pdf)
    • 我们的“当下”不会延伸到整个宇宙，它就像我们周围的一个气泡。 这个气泡可以延伸到多远呢？取决于我们限定时间的精确程度。如 果用纳秒，“现在”的定义仅有几米；如果用毫秒，那就有几千公里。作 为人类，我们对几十分之一秒都很难分辨出来，我们可以把整个星球都 看作同一个气泡，在谈及现在时，可以认为对我们而言这是同一个瞬 间。这就是我们可以做出的最大限度的近似。
    • “存在着我们的过去：在现在所见之前发生的事件。存在着我们的未来：在此时此地我们所见之后会发生的事件。在过去与未来之间，还存 在着一个时间段，它既非过去，亦非将来，有一定的长度：火星上是十 五分钟；比邻星b上是八年；仙女座星系中有数百万年。这就是延展的现在[24]，也许是爱因斯坦最伟大最奇特的发现。 认为有个定义清晰的“现在”遍存于整个宇宙的观念是个幻觉，是我 们根据自身经验做出的不合理的推断。[25] 这就像彩虹触碰到森林的那处交界点。我们认为可以看到它，但走 过去寻找时，它却不在那儿。” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 32) (pdf)

  • 不含当下的时间结构，偏序，过去现在未来的光椎

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    • “对于父子关系建立的长幼次序，数学家有个术语：偏序。偏序在特 定元素之间建立先后关系，而不是在任意两个元素之间。人类通过父子 关系形成一个“偏序”的集合（而非“全序”集合）。父子关系可以建立起 次序（子孙以前，祖先之后），但不在任意两人之间。要想了解这个次 序如何运作，我们只需考虑一个家谱，就像戈尔戈的这个：” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 33) (pdf)
    • “宇宙的时间结构与此非常相似，也由圆锥组成。“时间先后次序”的 关系是由圆锥组成的偏序。[26]狭义相对论发现，宇宙的时间结构就像父 子关系建立的圆锥那样：它在宇宙事件之间建立起的次序是局部的，而非整体的。延展的现在就是一系列既非过去亦非未来的事件，它确实存在，正如有些人既不是我们的祖先也不是我们的子孙。” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 35) (pdf)
    • “这样做的原因在于，在我们习惯的尺度下，把过去与未来分开的延 展的现在极其短暂（大约几纳秒），几乎察觉不到，结果就是，它被压 扁为一条水平细带，也就是我们通常所说的“现在”，并且没有任何限定 条件。 简而言之，一个共同的当下并不存在：时空的时间结构并不是像这 样的分层：而是完全由光锥组成的结构：” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 38) (pdf)
      • {:height 150, :width 203} {:height 150, :width 209} {:height 150, :width 209} {:height 192, :width 209}

• 4. 独立性的消失

  • 牛顿和亚里士多德关于时间截然相反的观点：“真实的”时间与变化的度量

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    ((656d681a-57f5-473d-9394-7d1ed172f354))

    • “在爱因斯坦告诉我们这些不真实以前，我们 是怎么知道时间在每个地方都以相同速度流逝的呢？肯定不是我们对时间流逝的直接体验告诉我们，时间在任何地方都一直以相同的速度流逝。那我们是从哪儿知道的呢？ 多个世纪以来，我们都把时间按天为单位来划分。“时间”一词，源于印欧语系的词根di或dai，意为“分割”（to divide）。长久以来，我们 把每天按小时划分。” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 44) (pdf)Concept
    • “已知的第一个问出“时间是什么”的人是亚里士多德，他得到的结论如下：时间就是对变化的量度。

    事物在不停变化，我们以“时间”为度量 ——对这种变化的计量。 亚里士多德的观点合乎逻辑：时间就是当我们问“何时”时会涉及的 东西。“你多久之后回来”表示“你何时回来”。“何时”这个问题的回答涉 及将发生的事情。“我会在三天之内回来”表示在离开与归来之间，太阳会在天上循环三次。就这么简单。” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 49) (pdf)

    • 如果一切都不改变，一切都不运动，时间会停止流逝吗？ 亚里士多德曾相信会。如果一切都不改变，时间也不会流逝——因 为时间是我们与事物变化相关联的方式，把我们与天数的计算联系在一 起。时间是对变化的量度。[38]如果一切都不改变，时间就不存在。

    但是我在静默中听到的流逝的时间，究竟是什么呢？亚里士多德在 《物理学》中写道：如果周围一团漆黑，身体几乎什么都感觉不到，但 心里有些想法在改变，我们仍然会认为时间在流逝。[39]也就是说，即便 是在我们内心里感到时间的流动，也是对一种运动的量度：内在的运动。如果一切都不运动，就没有时间，因为时间仅仅是运动的记录。

    • “牛顿的假设则与此完全相反。在他的代表作《自然哲学的数学原 理》一书中，牛顿写道：

    我没有为时间、空间、位置和运动这些名词下定义，因为它们都是 人所熟知的。我只需说明一点，这就是普通人对这些量的看法，只是从感觉对象的关系出发，因而产生了某些偏见。为了避开这些偏见，我们不妨把它们区分为绝对的与相对的，真的与似真的，数学的与经验的。Quote

    ” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 50) (pdf)

    • 也就是说，牛顿承认一种可以度量天数与运动的“时间”存在，而那也是亚里士多德笔下的相对的、似真的、经验的时间。**但除此之外，牛顿认为必须存在另一种时间：无论如何都会流逝的“真实的”时间，独立 于事物及其变化。**就算所有物体保持不动，甚至我们灵魂的活动都凝滞 了，这种时间仍然会流逝——按牛顿的说法——不受任何影响，这就 是“真实的”时间。这与亚里士多德的观点截然相反。
    • “几个世纪以来，真理似乎来到了牛顿这边。牛顿模型以独立于事物 的时间观念为基础，建立了现代物理学，并且行之有效。它假设时间是 一种实体，均匀流逝。牛顿写出了描述物体在时间中如何运动的方程， 用字母t表示时间。[41]这个字母的含义是什么呢？它表示夏季白天较长 而冬天较短所形塑的那个时间吗？很显然不是。它表示的时间是“绝对 的、真实的、数学的”，牛顿假定它的运动独立于事物的变化或物体的 运动。” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 53) (pdf)
    • “事实上，大多数哲学家都对这种观点有着消极的回应。有一次，莱 布尼茨（Leibniz）就做出了强烈的反驳，他为传统的结论进行了辩护， 认为时间只是事件发生的顺序，并不存在什么自发的时间。据传说，莱 布尼茨的名字里曾经有字母t（Leibnitz），他坚信牛顿的绝对时间t并不 存在，为了与信仰保持一致，他把名字中的字母t去掉了。”Mark ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 53) (pdf)

  • 爱因斯坦，空间：场

    • 空的空间是否存在的问题，亚里士多德和牛顿截然相反的观点

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      • “亚里士多德是第一个敏锐地深入探讨“空间”或“位置”含义的人，并且得出了精确的定义：物体的位置是指其周围有什么。[43] 就像探讨时间时那样，牛顿建议我们换个想法。亚里士多德对空间的定义，是举出物体周围有什么，这被牛顿称为“相对的、似真的、经验的”。而牛顿把空间本身称为“绝对的、真实的、数学的”——即便空 无一物，空间也存在。” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 54) (pdf)
      • 亚里士多德与牛顿之间的差别很明显。对牛顿来说，在两个物体之 间还存在着“空的空间”。对亚里士多德而言，谈论“空的”空间很荒谬， 因为空间只不过是物体的空间秩序。如果没有物体——或它们的延展与 相互接触——就没有空间。牛顿设想物体处于“空间”之中，即便没有物 体存在，这种空间也会存在，空空如也。在亚里士多德看来，“空的空 间”是没有意义的，因为如果两个物体没有接触，就表明它们之间存在 着某种东西，既然有某种东西，这种东西就是一个物体，因此有物体在 这儿。空无一物是不可能的。
      • “或者我可以说，在两个物体之间有空气。但当我们谈到空气时，有 时它好像算是某种东西，有时又不是；有时好像存在，有时又不在。要 说杯子充满空气，我们却习惯说“杯子是空的”。因此，我们可以把周围 的世界看作“几乎空空如也”，只有一些物体，或者换种说法是“完全充 满了”空气。说到底，亚里士多德与牛顿并没有在讨论什么深奥的形而 上学，他们只不过是用出于两种不同直觉却同样精巧的方式看待我们周 围的世界：是否把空气考虑在内，又是否把它们转化为空间的定义。” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 55) (pdf)

    • 爱因斯坦，时空就是引力场

      ((656d6cff-5a76-40cd-b4e4-2d9e79e44e74))

      ((656d6ddd-859c-42b6-9697-4b20e0d9c250))

      • 答案是，牛顿凭直觉知道的超越有形物质的时间与空间，的确存 在，真实不虚。时间与空间是真实的现象，但不是绝对的，它们并不立于发生的事件，也不像牛顿设想的那样，与世界上的其他物质有所区 别。“我们可以想象一大块牛顿式的帆布，上面画着这个世界的故事。但 这块帆布与世上的其他东西是由相同材料构成的，与构成石头、光、空 气的物质并无二致：它们都由场构成。” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 57) (pdf)
      • “时空就是引力场，反之亦然。像牛顿凭直觉意识到的那样，它可以 独立存在，即便没有任何物质。但与牛顿所认为的不同，它与世界上的 其他物质并没有什么区别，它们都是场。与其说世界画在一张帆布上， 不如说世界是多层帆布的叠加，引力场只是其中一层。和其他场一样， 它既不是绝对的，也不是均匀的、固定的，它会弯曲、伸展、与其他场 相互碰撞与推拉。方程可以描述这些场之间的相互作用，时空就是这些 场中的一个。” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 57) (pdf)
      • “由引力场形成的帆布就像一张可以拉伸的巨大弹力床单，其拉伸与 弯曲就是引力与物体下落的来源，这能够给出比旧有的牛顿引力理论更 好的解释。再来看看第一章里阐释高处比低处时间流逝更多的图，但现在请想 象，画这张图的纸是有弹性的。想象这张纸被拉伸，以至于山上的时间 都被拉长了。你会得到一张完全不同的图，分别表示空间（高度，纵 轴）和时间（横轴）。但是现在，在山里“被拉长”的时间刚好与更长的 时间相对应。” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 58) (pdf)

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      • “这幅图阐释了物理学中的“弯曲”时空。“弯曲”是由于被扭曲了：距 离可以伸长或缩短，就像有弹性的床单被拉拽。这就是第三章的图例中 光锥倾斜的原因。 时间变成了与空间几何交织在一起的复杂几何的一部分。这就是爱 因斯坦发现的对亚里士多德与牛顿时间概念的整合。通过用力拍打翅 膀，爱因斯坦终于明白，亚里士多德和牛顿都是正确的。” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 58) (pdf)
      • 牛顿凭直觉正 确地意识到，在我们所见的运动与变化的事物之外，还存在着某些东 西。真实的、数学的牛顿时间确实存在，它是一种真实实体，也就是力场，那个有弹性的床单，图中的那个弯曲时空。但牛顿错在认为这个 时间与其他事物无关，均匀流逝，并且独立于其他事物。 亚里士多德的正确之处在于，他认为“何时”与“何地”的确定总是与 某个事物相关联，但这个事物也可以只是场，即爱因斯坦的时空实体。 因为这是种动态、实在的实体，与其他作为参照物的实体一样，我们可 以以此明确自己的位置，正如亚里士多德观察到的那样。

      这一切都完美自洽，一个多世纪以来，爱因斯坦描述引力场扭曲的 方程及其对钟和尺的效应都在被不断证实。但我们关于时间的观念失去了又一组成部分：相对于世界其余部分的所谓的独立性。

• 5. 时间量子

  • “近几年，关于时间的本质，意见上的分歧有所减少，许多结论变得十分清晰。已经阐明的内容是，如果我们把量子考虑在内，上一章里阐 述的广义相对论的剩余时间框架也会崩塌。 统一的时间已经粉碎为无数的固有时，并且如果把量子因素考虑进来，我们就必须接受这些时间会“涨落”的观念，并且像云一样散开，而且只能取特定值…它们再也无法形成上一章勾勒出的时空床单。**量子力学导致的三个基本发现如下：分立性、不确定性、与物理量 的关联性。**它们进一步推翻了我们仅存的时间观念。让我们一个一个来 考察。” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 61) (pdf)

  • 分立性

    • “量子力学的最大特点就是分立性，并且得名于此：量子即基本微 粒。对一切现象而言，都存在着最小尺度。[48]在引力场中，这被称 作“普朗克尺度”，而最小的时间被称为“普朗克时间”。把描述相对论、 引力、量子力学现象特征的常数结合在一起，就可以算出它的取值。[49] 这些量共同决定了这个时间为10-44秒。这就是普朗克时间。Concept 在这一极小 层面，时间的量子效应开始显现。” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 61) (pdf)
    • 时间的“量子化”表明，几乎所有时间t的取值都不存在。如果可以用 能够想象出的最精密的钟表去测量一个时间段，我们会发现测得的时间 只能有不连续的特定取值，不可能把这段时间看作连续的。我们必须把 它看作不连续的：它并没有均匀流动，而是——在某种意义上——像袋 鼠一样，从一个值跳向另一个值。 也就是说，存在一个最小的时间段。在此之下，时间的概念不复存 在，即便在最基本的含义上。
    • “时间有可能是分立的、并且存在最小的时间间隔的观念并不新鲜。 在7世纪，伊西多尔（Isidore of Seville）的《词源》（Etymologiae）， 以及其后一个世纪，圣比德（Venerable Bede）的一部名为《论时间的 分割》（De Divisionibus Temporum）的著作中，都对此进行过论证。12 世纪，伟大的哲学家迈蒙尼德（Maimonides）写道：“时间由原子组 成，也就是说，由于时间持续极短，它无法被继续分割为更多部 分。”[51]这种观念也许可以回溯到更早：德谟克利特的原始文本已经失 传，我们无法知晓在古希腊原子论[52]中，这种观点是否已经出现。抽象 的思想可以提前几个世纪预见假说在科学探索中得到应用或者证实。” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 62) (pdf)

  • 不确定性，时间的量子叠加

    • “量子力学的第二个发现是不确定性。例如，我们无法准确预测电子 明天会出现在哪儿。在两次出现之间，电子没有准确的位置[53]，就好像 散布在一朵电子云里。用物理学家的术语来说，它处于位置的“叠 加”中。 时空是像电子一样的物理客体。它也会涨落，也可以处于不同状态 的“叠加”中。比如，如果我们把量子力学考虑进来，那么第四章末尾拉 伸时间的图示就可以想象为不同时空的叠加，大概如下图所示：” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 63) (pdf)

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  • 关联性

    • “但电子的这种实体化有个奇特之处：只有当与其他相互作用的物体 发生关联时，电子才会实体化。对于其他物体，相互作用的效应只会传 播不确定性。只有与物理系统相关联时，实体化才会发生。我相信，这 一点是量子力学做出的最激进的发现” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 65) (pdf)
    • 当电子与其他物体碰撞，比如在装有阴极射线管的老式电视机中， 我们所设想的概率云就会坍缩，电子会在屏幕的某点上突然出现，成为 构成电视图像的亮点之一。但只有与屏幕相关时，这一现象才会出现。 而物体相关时，电子和屏幕现在处于叠加态，只有与第三个物体相互作 用时，它们共同的概率云才会“坍缩”，以一个特定的状态出现。诸如此 类。 电子的表现如此怪异，实在令人难以接受。更难让人理解的是，这 也是时间与空间表现的方式。而且，所有证据表明，这是量子世界—我们所栖居的世界——运作的方式。
    • “决定时间段与物理间隔的物理基础——引力场，不仅受到质量的动 态影响，它本身也是一种没有确定值的量子实体，直到它与其他物体相 互作用。当发生相互作用时，只有对与之相互作用的物体来说，时间才 是分立的、确定的；对宇宙的其余部分，它们仍然是不确定的。 时间松脱为相互间关联的网络，不再聚合成连贯的帆布。时空（复 数的）涨落，层层叠加，在特定时刻相对于特定物体突然出现，为我们 提供了一种非常模糊的图景。但对于世界精细的分立性，这已经是我们 能拥有的最好的视野了。我们正在凝视量子引力的世界。” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 66) (pdf)

• 让我重复一下本书第一部分中进行的漫长而深入的探讨。不存在单 一的时间，每个轨迹都有自己的持续时间；根据位置与速度，时间会以 不同节奏流逝；它是没有方向的：在世界的基本方程中，过去与未来的 区别并不存在；方向性只在我们进行观察并忽略细节时偶然出现。在这 种模糊的视角下，宇宙的过去处于一种奇特的“特定”状态。“当下” 的概念不再奏效：在广袤的宇宙中，没有我们可以合理地称为“当下”的东西。决定时间长度的物理基础不是一个区别于世界其他组成部 分的独立实体，而是动态场的一个方面。它会跳跃、涨落，只在相互作 用时实体化，在最小尺度之下无法被发现…那么，这一切之后，时间还剩下什么呢？

第二部分 没有时间的世界

• 6. 世界由事件而非物体构成

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  • “19世纪和20世纪的物理学给时间带来了破坏，然而时间仍有一个方面幸存下来。摆脱了牛顿理论留下的那些我们早已习惯的陷阱后，现在有一点更为明确：世界只是变化。 时间失去的这些部分（统一性、方向性、当下、独立性、连续性） 并没有让这一事实受到质疑：世界是事件的网络。一方面，许多结论都 表明时间存在；另一方面，一个简单的事实是，没有物体存在，而是事 件发生。” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 72) (pdf)
  • 基本方程中“时间”的消失并不意味着世界会静止不变。恰恰相反， 这意味着变化普遍存在，无须被时间国王指挥；无数事件不必有序列，或沿着单一的牛顿时间轴，或遵循爱因斯坦精妙的几何学。世界的 事件不会像英语那样形成一个有序的队列，而是会像意大利语那样混乱 地挤在一起。
  • 它们确实是事件：变化与出现。这种出现是弥漫、分散、无序的， 但正在发生，不会停滞。以不同速率运转的时钟不显示同一时间，但每 个时钟的指针都相对于其他指针在变化。基本方程里不包含时间变量， 但包含相对于彼此正在变化的变量。正如亚里士多德指出的，时间是对 变化的度量；可以选择不同的变量来度量这种变化，但没有一个变量具 备我们所体验的时间的所有特点。可是这也无法改变这一事实：世界处于永不停息的变化过程中。整个科学的发展都表明，思考世界的最佳方式应该基于变化，而非不变。不是存在，而是生成。
  • “我们可以把世界看作由物体、物质、实体这一类东西构成。或者我 们可以把它看作由事件、发生、过程、出现组成。它不能持久，会不断 转化，无法在时间中永恒。基础物理学中，时间概念的毁灭导致了以上 两种观点中前者的崩塌，而非后者。这是一种领悟，认识到无常的普遍性，而不是一切在静止的时间里停滞。 通过把世界看作事件、过程的集合，我们得以更好地理解与描述世 界。这是与相对论兼容的唯一方式。世界并不是物体的集合，而是事件 的集合。 **物体与事件的区别在于，物体在时间中持续存在，而事件的持续时间有限。**石头是典型的“物体”，我们可以问它明天在哪里。与此相反， 亲吻是一个“事件”，问这个吻明天在哪儿是没有意义的。世界由亲吻的 网络构成，而非石头。” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 73) (pdf)

  我们所理解的世界的基本单元并不位于空间中的某个特定点。如果 它们确实存在的话，它们既在某处，也在某时。它们在空间和时间上都 有限定：它们是事件。 经过更仔细的审视，实际上，即使那些最“像物体”的物体，也只不过是很长的事件。最坚硬的石块，根据我们所学的化学、物理学、矿物学、地质学、心理学，实际上是量子场的复杂振动，是力瞬间的作用， 是粉碎重归尘土前短时间维持原状、保持平衡的过程，是星球元素间相 互作用的历史中短暂的篇章，是新石器时代人类的痕迹，是一群孩子使 用的武器，是一本关于时间的书中举过的例子，是本体论的隐喻，也是世界被分割出的一部分——那世界与其说取决于被感知的物体，不如说 取决于我们进行感知的身体构造。渐渐地，在这场镜像的宇宙游戏中一 个错综复杂的结构成了实在。比起像石头那样的东西，世界更像是由转瞬即逝的声音或大海的波浪构成的。

  • 退一步讲，假如世界真是由物体组成的，那么这些物体又由什么构 成呢？是原子吗？我们已经发现，它由更小的粒子构成。是基本粒子 吗？我们发现，它们只是场的短暂振动。是量子场吗？我们发现这仅仅 是谈及相互作用与事件时所用的语言代码。我们不能把物理世界看作由 物体或实体组成，这行不通。
  • “把世界看作事件网络才行得通。简单的事件，以及可以被分解为简单事件组合的复杂事件。举几个例子：一场战争不是物体，而是一系列事件；一次暴风雪不是物体，而是事件的集合；山上的一朵云不是物体，而是风吹过山上时空气中水蒸气的凝结；波浪不是物体，而是水的 运动，而且形成波浪的水总是不同的；一个家庭不是物体，而是关系、 事件、感受的集合。一个人呢？当然也不是物体，就像山上的云，它是食物、信息、光、语言等进进出出的复杂过程…它是社会关系、化学 过程、情感交流网络中的一个结点。” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 74) (pdf)
  • “很久以来，我们都试图从基本物质的角度来理解世界，物理学也许 比任何其他学科都更需要追寻这种基本物质。但我们研究得越多，越难以从“存在的东西”这个角度去理解世界，而从事件之间的关系来理解世 界却容易得多。” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 75) (pdf)
  • “因此，我们按照出现的方式而非存在的方式来描述世界。牛顿力 学、麦克斯韦方程组、量子力学等，都告诉我们事件怎样发生，而非事 物是什么样的。通过研究生物的演化与生存，我们理解了生物学。通过 研究人与人交往、思考的方式，我们才理解心理学（只有一点点，并不 多）…通过形成过程而非存在，我们理解世界。“物体”本身仅仅是暂时没有变化的事件。” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 76) (pdf)

• 7. 语法的力不从心

  像我们这样相信物理的人都知道，过去、现在与未来之间的区别只不过是持久而顽固的幻觉。-爱因斯坦

  • 现在主义与永恒主义

    • “通常我们称之为“真实”的事物，都存在于现在或当下，而非过去存 在或未来会存在。我们说过去或未来的事物曾经是真实的或将要是真实 的，但我们不会说它们现在是真实的。 有种观点认为，只有当下是真实的，过去与未来都不真实，哲学家 把这种观点称为“现在主义”，实在会从一个当下演化到下一个当下。 然而，如果“当下”并不是放之四海而皆准的，如果它只能在我们附 近以近似的方式定义，那么这种观点就行不通了。如果远处的当下无法 定义，那么宇宙中有什么是“真实”的呢？” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 78) (pdf)

    • 20世纪物理学以一种对我而言很明确的方式表明，现在主义并没有 很好地描述我们的世界：客观且统一的当下是不存在的。我们最多也就 能说：有一个相对于运动的观察者的当下。那么，对我而言的真实就不 同于对你而言的真实，虽然我们都尽可能客观地使用着“真实”这个词。 因此，世界不应被看作一连串的当下。

    • “有种观点认为，流动与变化都是虚幻的，过去、现在与未来都同等 真实，同样存在，哲学家把这种观点称为“永恒主义”。永恒主义认为， 上图中描绘的全部时空，都以整体的形式一同存在，没有任何变化，没有什么真的在流逝。[3]那些为永恒主义这种思考现实的方式辩护的人， 经常引用爱因斯坦在一封著名信件中的话：

      像我们这样相信物理的人都知道，过去、现在与未来之间的区别只不过是持久而顽固的幻觉。

      ” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 81) (pdf)

      这种观点现在被称为“块状宇宙”。它认为，必须把宇宙的历史看成 一整块，全都同样真实，时间从一个时刻到下一时刻的流逝只是个幻 象。 这种永恒主义、块状宇宙，是我们仅剩的设想世界的方式吗？我们 必须把世界看成过去、现在、未来都像在同一个当下，以同种方式同时 存在吗？没有事物变化，一切都是静止的，变化仅仅是幻象吗？ 不，我真的不这么认为。

  • 本质就是它本来的样子，我们需要时间才能发现

    • “我们无法把宇宙按照单一的时间顺序排列，但这并不意味着没有事 物在变化，这表明变化并不按照单一序列次第发生：世界的时间结构比 每个时刻按照简单的、单一的线性排列要复杂。但这并不意味着它不存 在或只是个幻象。[5] 过去、现在与未来之间的区别并不是幻觉，它确实是世界的时间结 构，但不是现在主义那种。事件之间的时间关系比我们以前认为的要复 杂，但这不是说它们就不存在了。父子关系虽然没有建立起统一的秩 序，但也不是虚幻的。即便我们不都在同一份档案里，也不表明我们之 间毫无关系。变化、发生的事情，都不是幻觉。我们发现的只是它并不 遵循统一的秩序。” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 81) (pdf)
    • “这个动词有很多种用法，说一个事物存在，可以有不同的方式：法 律、石头、国家、战争、戏剧中的角色、我们不信仰的宗教中的神、我 们信仰的宗教的上帝、伟大的爱、数字…这些实体中的每一个都与其 他实体在不同意义上“存在”并且“真实”。我们可以问自己，某样事物在 什么意义上存在或不存在（匹诺曹作为文学形象是存在的，但在意大利 任何一家户籍登记处都找不到他的名字），或者一样事物是否以决定了 的方式存在（在国际象棋中，如果你已经移动了车，存在一条规则不让 你王车易位吗？）。笼统地问“什么存在”或“什么是真实的”，只是在问 你想要怎样使用这个动词和形容词。[7]这是个语法问题，无关本质。” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 82) (pdf)
    • “本质就是它本来的样子，我们需要时间才能发现。如果我们的语法与直觉不能轻松地适应我们的发现——实际上适应得很糟糕——那我们 就必须寻求改变。 很多现代语言的语法中都有动词的“现在时”“过去时”“将来时”，但 现实的真实时间结构更为复杂，这样表述并不太适合。语法的发展来自 我们有限的经验，在我们理解了世界丰富的结构之后，才发现语法不那 么精准。” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 82) (pdf)
    • “我们千万不能让这种不够用的语法把自己弄糊涂了。有一段古话提 到了地球的球形，是这样说的： 对那些站在下面的人来说，上方的东西在下面，而下方的东西在上 面。[8] 乍一看，这段话很混乱，语言自相矛盾，“上方的东西在下面，而 下方的东西在上面”。这怎么可能呢？毫无意义。堪比《麦克白》里那 句邪恶的“美即是丑，丑即是美”。但如果考虑到地球的形状和物理学， 再读一遍，意思就明白了：作者是在说，对那些生活在对跖点（澳大利 亚）的人而言，“上”的方向与欧洲人的“下”是一样的。他是在 说，“上”这个方向在地球上会随位置而改变。相对于悉尼在上的，相对 于我们在下。这段话写于两千年以前，作者正尽力让自己的语言和直觉 与新发现相适应：地球是个球体，“上”与“下”的含义在不同地点会改 变。这些用语并非如之前认为的那样，只有一种统一的含义。 我们也处于同样的情形，正努力让语言和直觉适应新的发现：“过 去”与“未来”不具有统一的含义，随地点变化。仅此而已。” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 83) (pdf)

• 8. 以关联为动力

  没有必要从这些变量里挑出一个特殊的量，然后把它命名为“时间”。如果想进行科学研究，我们需要的是一种理论，可以告诉我们这 些变量相对于彼此如何变化，也就是说当其他变量变化时，某个变量会 怎样变化。世界的基本理论必须这样来建构，并不需要时间变量，只需要告诉我们事物相对于彼此变化的方式，也就是告诉我们这些变量之间的关系是怎样的。

  • “要描述世界并不需要时间变量，需要的是真正描述世界的各种变 量：我们可以感知、观察并最终测量的数字。道路的长度，树的高度， 额头的温度，一片面包的重量，天空的颜色，地球穹顶之下星辰的数 量，一节竹子的弹力，火车的速度，一只手压在肩膀上的压力，失去的 痛苦，钟表指针的位置，天空中太阳的高度…这些才是我们描述世界 的术语。这些是我们见到的在不断变化的数量与性质，这些变化中存在 规律：石头下落得比羽毛快，太阳与月亮在天空中环绕，每个月碰一次 面…我们发现这些量中的一些相对于其他在规律地变化：天数、月 相、地平线上太阳的高度、钟表指针的位置。把这些当作参照点很有 用：比如下次满月后的第三天，太阳在最高点时，我们见面。或者明天 时钟指向4:35时我来找你。如果我们可以找到足够多彼此同步的变量， 就可以用它们来表示时间。” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 85) (pdf)

  没有必要从这些变量里挑出一个特殊的量，然后把它命名为“时间”。如果想进行科学研究，我们需要的是一种理论，可以告诉我们这 些变量相对于彼此如何变化，也就是说当其他变量变化时，某个变量会 怎样变化。世界的基本理论必须这样来建构，并不需要时间变量，只需 要告诉我们事物相对于彼此变化的方式，也就是告诉我们这些变量之间的关系是怎样的。

  • “量子引力的基本方程就是这样构建的，其中不包含时间变量，而是 通过指出变量之间的可能关系来描述世界。[11] 1967年，不含时间变量的量子引力方程首次出现，这个方程由两位 美国物理学家布赖斯·德维特（Bryce DeWitt）与约翰·惠勒（John Wheeler）发现，如今被称为惠勒-德维特方程。” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 86) (pdf)
  • 起初没有人能理解这个不含时间变量的方程的含义，也许惠勒和德 维特他们自己也不理解。（惠勒：解释时间？不解释存在就没法解释时 间！解释存在？不解释时间就没法解释存在！发现时间与存在之间深刻 与隐秘的关联，是留给未来的任务。）[13]研讨会上、辩论中、论文里， 这个课题讨论得非常多。[14]而现在，我认为一切已经尘埃落定，事情已 经非常明朗。在量子引力的基本方程中，缺少时间变量根本不是什么神 秘的事情。这不过是因为，在基本层面上不存在任何特殊变量。 这个理论并不描述事物在时间中如何演化，它描述的是事物相对于 彼此怎样变化，4事物相对于彼此怎样出现。如此而已。
  • 在这一章里我只是想说，他们已经发现了描述世界的动力学方程极 其简单的结构，它描述可能的事件以及它们之间的关联，仅此而已。 这就是力学的基本形式，无须提到“时间”。不含时间的世界并不复 杂，它是个相互关联的事件网络，其中的变量遵循概率法则，而我们居 然在很大程度上知道怎样来描述。这是个清澈的世界，清风吹过，美丽 如峰峦，亦如少年龟裂的嘴唇。

• 基本量子事件与自旋网络

  • “场以分立的形式显现：基本粒子、光子、引力子或其他“空间量 子”。这些基本粒子并不存在于空间之内，而是形成空间。世界的空间 由它们之间相互作用的网络组成。它们并不居于时间之中，而是彼此间 不断相互作用，只有在相互作用时才存在。这种相互作用就是世界的现 象，是时间最微小的基本形式，既没有方向，也非线性。它也不具有爱 因斯坦研究的平滑弯曲的几何结构。它是一种相互作用，量子在相互作用中与发生相互作用的事物相关联，并且显现自身。” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 89) (pdf)

    我们无法画出一幅世界上所有发生之事的完整地图或几何图，因为这些现象——包括时间的流逝——只有在与一个物理系统相互作用时才 会出现。世界就像是相互关联的点的集合。谈论“从外面看到”的世界是 没有意义的，因为没有什么在世界“外面”。

  • “引力场的基本量子存在于普朗克尺度，它们是编织了不固定结构的 基本微粒，爱因斯坦以此重新解释了牛顿的绝对时空。是这些基本量 子，以及它们之间的相互作用，决定了空间的延展与时间的间隔。 空间邻近的关联把这些空间微粒联结成网，我们称之为“自旋网 络”，“自旋”一词来源于描述空间微粒的数学[17]。自旋网络中的一个环 称为“圈”，“圈理论”就因这些圈而得名。这些网络进而会通过不连续的跳跃彼此转化，成为在理论中被描述为“自旋泡沫”的结构。” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 90) (pdf)

  • 在这种理论中，时间与空间不再是容器或世界的一般形式。它们只 不过是量子动力的近似，其中既不包含时间，也不包含空间，只有事件 与关联。这是一个没有基础物理学中的时间的世界。

第三部分 时间的来源

• 9. 时间即无知

  “在世界的基础动力学中，如果所有变量都是等价的，那我们人类称 之为“时间”的东西，究竟是什么呢？我的手表测量的是什么？总是向前 奔跑，从不倒退的是什么？又为何如此？也许它不是世界基本语法的一 部分，那它是什么呢？ 许多东西都不是世界基本语法的一部分，而只是以某种方式“显 现”。比如：” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 96) (pdf)

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  • 热学时间

    • “然而，有一个量不会变：孤立系统的总能量。能量与时间之间有着 紧密的联系，它们组成了很有特点的一对物理量，物理学家称为“共 轭”，例如位置与动量，方向与角动量。这些成对的量彼此关联。一方 面，知道一个系统的能量可能是多少[2]——它与其他变量之间的关联 ——就相当于知道了时间如何流动，因为时间演化的方程遵循能量的形 式。[3]另一方面，能量在时间中是守恒的，因此即使其他量发生改变， 它也不会变化。在热振动中，系统（遍历性的）经过的所有状态都具有 相同的能量。我们宏观的模糊视野无法区分的这些状态的集合，就是 （宏观的）平衡态：一杯平静的热水。” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 98) (pdf)
    • “像这样由宏观状态确定的时间被称为“热学时间”。在何种意义上可 以说它就是时间呢？从微观观点来看，没有什么特别的——它和其他变 量一样。但从宏观来看，它有个重要的特征：在那些同一层次的变量 中，热学时间的表现方式最接近于我们通常所说的“时间”，因为它与宏 观态的关系就是我们从热力学得知的那样。 但它并不是个统一的时间，它由宏观态决定，也就是通过模糊、通 过描述的不完备决定。下一章里我会讨论这种模糊的起源。但在此之 前，让我们更进一步，把量子力学考虑进来。” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 99) (pdf)

  • 量子时间

    • “当相互作用使得分子的位置确定之后，分子的状态就转变了。分子 的速度也同样如此。如果先确定的是速度，然后是位置，即这两个事件 的顺序是相反的，那么分子的状态就会以不同的方式转变。顺序是有影 响的。如果我先测量电子的位置，再测量速度，那么它状态的改变就与 先测速度再测位置不同。**这被称为量子变量的“非对易”，因为位置与速度“不对易”，意思是 说，它们交换顺序会有影响。**这种非对易是量子力学的典型现象。非对易确定了顺序，在确定两个物理量的同时也带来了时间的起源。确定一 个物理量并不是独立的行为，它需要相互作用。这些相互作用的效果取 决于顺序，这一顺序正是时间顺序的最初形式。” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 100) (pdf)

      这些相互作用的效果取决于发生时的顺序，也许这才是世界时间顺序的源头。这是科纳提出的有趣的想法：在基本的量子转换中，时间的 第一个萌芽就在于这些相互作用是（部分）自然有序的。

    • 令人震惊的是，阿兰·科纳的量子系统流与我之前讨论过的热学时 间之间，有着极其紧密的联系。科纳证明，在量子系统中，由不同宏观 态决定的热流是等价的，具有特定的内在对称性[9]，它们共同形成了科 纳的量子系统流。更简单点说，由宏观状态决定的时间与量子非对易决定的时间是同一现象的不同方面。

    • “我相信，这个热学时间及量子时间，[11]就是在真实宇宙中我们称 为“时间”的变量，而在基本层面这个时间变量并不存在。事物固有的量子不确定性产生了模糊，就像玻尔兹曼的模糊那样， 确保了即便可以测量所有的可测量量，世界的不可预知性仍然存在，这 与经典力学指出的截然相反。 模糊的起源——量子不确定性，以及物理系统由无数分子组成这一 事实，都是时间的核心。时间与模糊密切相关。模糊是由于我们不知道 世界的微观细节。物理学的时间，从根本上讲，是我们对世界无知的体现。时间即无知。” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 101) (pdf)

    • 我们关于现实模糊与不确定的图景确定了一个变量，即热学时间， 它具有特定的奇怪的性质，与我们所说的“时间”有了相像之处：它与平 衡态有着恰当的联系。 热学时间与热力学密切相关，因此与热量有关，但它与我们体验的 时间还不太像，因为它没有区分过去与未来，没有方向，缺少我们所说 的流动。我们还没有达到我们自身体验到的时间。 过去与未来的分别对我们来说如此重要：它来自何处呢？

• 10. 视角

  • 玻尔兹曼的热力学“模糊”

    • “在我们与世界的其余部分之间，存在着物理相互作用。很明显，并非所有变量都与我们或我们所在的那部分世界相互作用。只有很少的变 量会有影响，绝大多数根本不会有什么影响。它们不会记得我们，我们 也不会记住它们。**世界的不同状态对我们来说似乎是等价的，这就是其中的原因。世界的两个部分——我与一杯水之间的物理作用，独立于水中单个分子的运动。**同样，世界的两个部分——我与一个遥远星系之间的物理作用，也会忽略在那里出现的细节。我们对世界的视野之所以是模糊的，是因为我们所处的这部分世界与其余部分之间的相互作用会无视很多变量。” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 103) (pdf)

    • 这种模糊是玻尔兹曼理论的核心。[16]从这种模糊之中，热量与熵的概念诞生——而这些与具有时间之流特征的现象紧密相连。一个系统的熵与模糊直接相关。它取决于我没有记录下什么，因为它取决于不可分 辨状态的数量。同一微观状态，相对于一种模糊的状态熵也许很高，而 相对于另一种状态也许熵就会很低。 这并不意味着模糊只是一种心理上的构想，它依存于实际的、真实 存在的物理作用。[17]熵不是个任意或主观的量。它是个相对量，就像速度。

      一个物体的速度不是这个物体本身的属性，而是这个物体相对于另 一物体的属性。在一列行进的火车上奔跑的孩子的速度相对于火车有一 个值（每秒几步），相对于地面又有一个值（每小时一百千米）。如果 孩子的妈妈告诉他“不要动”，她并不是让他从窗户跳出去，相对于地面 静止。她的意思是孩子应该相对于火车停下来。速度是一个物体相对于 另一物体的属性，是个相对量。 **熵也是如此。A相对于B的熵，要计算A与B物理作用中未能区分的 A的状态的数量。**世界的熵并非只取决于世界的状态，也取决于我们模糊世界的方 式，而这又取决于我们与哪些变量相互作用，即我们这部分世界与变量 的相互作用。

  • 也许是我们处于一个特殊的物理系统中，相对于这个系统，宇宙的状态才很特殊。也许，时间的流动不是宇宙的特征，就像 天空的旋转，来自我们在自己角落中的独特视角。

    ((656d8a0c-04b7-4f49-9b22-7a13d08e9f11))

    • “在遥远的过去，世界的熵在我们看来非常低，但这也许没有反映出 世界的准确状态，也许只考虑了我们作为物理系统相互作用过的变量的 子集。我们与世界之间的相互作用，以及描述世界所用的一小部分宏观 变量，会产生模糊，正是由于这种显著的模糊，宇宙的熵才很低。 这一事实开启了一种可能性：也许并不是宇宙在过去处于一种特殊 状态，也许其实是我们，以及我们与世界的相互作用，才是特殊的。是 我们决定了特殊的宏观描述。宇宙最初的低熵，以及时间之矢，也许更 多源于我们，而非宇宙本身。基本的理念就是如此。” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 104) (pdf)

    考虑一个最壮观也最明显的现象：天空每天的旋转。这是我们周围 的宇宙最直接又壮观的特点——它在旋转。但这个旋转真的是宇宙的特 点吗？并非如此。虽然花费了数千年时间，但我们最终明白了旋转的是我们，而非宇宙。天空的旋转是一种视角的效果，是由于我们在地球上特殊的运动方式，而不是由于什么宇宙动力的神秘属性。

    • “对于时间之矢，恐怕情况也是类似的。我们作为物理系统的一部分，宇宙最初的低熵也许是由于我们与宇宙特殊的相互作用的方式。我们是宇宙某些方面很特殊的子集，正是这点确定了时间的方向。 我们与世界其他部分特殊的相互作用如何决定最初的低熵呢？ 很简单。取十二张牌，六张红色六张黑色，把六张红牌都放在上 面。洗一下牌，然后找一找在红牌上面的黑牌。洗牌之前没有一张黑牌 在上，洗完之后会有一些。这就是熵增加的一个简单例子。游戏开始 时，在红牌上面的黑牌数量为零（熵很低），因为开始时处于特殊的排列。” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 105) (pdf)

    但现在让我们玩另一个游戏。首先，随意洗牌，然后看前六张牌， 并且记下来。然后洗下牌，看一看有哪些其他牌跑到前六张去了。最初 一张没有，然后数量增加了，和上个例子一样，熵也增加了。但这两个例子有个关键的区别：在这个例子开始时，牌是随机排列的。是你记下 了哪些牌开始时在上半部分，然后宣称它们很特殊。 对宇宙的熵而言，也许同样如此：也许它并没有处于什么特殊状态；也许是我们处于一个特殊的物理系统中，相对于这个系统，宇宙的状态才很特殊。 但为什么会存在这样一个物理系统，宇宙最初的状态相对于它会如此特殊呢？因为在广袤的宇宙中存在着无数物理系统，彼此相互作用的方式更是数不清。在这些系统中，通过无休止的概率游戏以及庞大的数 字，必然会有某些系统在与宇宙其他部分相互作用的过程中，某些变量在过去刚好呈特殊值。

    • “如果宇宙的一个子集在这种意义上很特殊，那么对这个子集而言， 宇宙的熵在过去就很低，热力学第二定律就成立；记忆会存在，痕迹会 留下，也会有进化、生命与思想。 换句话说，如果宇宙中有这样的东西——对我来说肯定会有——那 么我们就刚好属于它。此处，“我们”指的是我们经常接触并且用来描述 世界的物理量的集合。因此，也许，时间的流动不是宇宙的特征，就像 天空的旋转，来自我们在自己角落中的独特视角。” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 106) (pdf)

    但为什么我们会属于这些特殊的系统呢？苹果长在喝苹果酒的北欧，葡萄长在喝葡萄酒的南方，和这个是同样的原因。或是在我出生的 地方，人们居然刚好说的是我的母语；或是温暖我们的太阳与我们的距 离刚好合适——不近也不远。**这些例子里，“奇特”的巧合都源于把因果 关系搞反了：不是苹果长在了喝苹果酒的地方，而是在有苹果的地方， 人们才喝苹果酒。**这样说的话，就没什么奇怪的了。 同样，在宇宙无限的种类里，可能会有一些物理系统，它们通过一 些特殊的变量与世界其他部分相互作用，定义出初始的低熵。对这些系 统来说，熵在不停增加。在那里，而非其他地方，存在着与时间流动相 关联的典型现象：生命，进化，思想，以及我们对时间流逝的感知，都 成为可能。在那里，苹果生长，产出了我们的苹果酒：时间。这甜美的 果汁中蕴含了所有的美食以及生命的滋味。

  • 指示性

    • 在进行科学活动时，我们想要以尽可能客观的方式描述世界。我们 尽力消除源于自身视角的扭曲与错觉。科学渴求客观，希望能够在有可 能达成一致的事情上得到统一的观点。 这很让人钦佩，但我们需要留意的是，如果忽视了进行观察的视 角，我们也会失去一些东西。在急切追求客观性的同时，科学千万不能 忘记，我们对世界的经验来自世界内部。我们给世界投去的每一瞥都来自一个特殊的视角。 把这一事实考虑在内，就可以阐明很多事情。比如，它可以阐明， 地图告诉我们的与我们实际所见之间的关系。要把地图和我们的所见进行比较，需要加入一条关键信息：我们必须在地图上认出我们的准确位置。地图并不知道我们在哪儿，至少当它没被固定在它所标示的那个位置时是这样的——山村里的有些地图会标出可以走的路线，旁边有个红点，写着“您在此处”。

    • “这就是哲学家所谓的“指示性”：一些词语的特点是，每次使用时都具有不同的含义，由地点、方式、时间和说出的人决定。诸如“这里”“现在”“我”“这个”“今晚”这样的词，它们都有着不同的含义，其含义取决于是谁说的，以及在什么环境下说的。如果我说“我的名字叫卡洛· 罗韦利”，这是对的，如果另一个不叫这个名字的人也这么说，就不对。“现在是2016年9月12日”，我在写这句话的时候，这么说是对的， 但再过几个小时就不对了。”Concept ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 107) (pdf)

      这些指示性的用法很明确地说明了视角是存在的，视角就是我们对可观测的世界做出的每个描述中都存在的要素。

    • “如果我们对世界做出一个忽略视角的描述，即只“来自外部”，脱离空间、时间、主体，那么也许我们可以说出许多事情，但会丢失世界的 某些重要方面。因为展示给我们的世界正是从世界内部看的，而不是从外部。 我们看到的世界上的许多事物，如果把视角考虑在内，就可以理解 了。如果我们不这样做，那些事物反而会难以理解。在每个经验中，我们都位于世界之内：在思维、大脑之内，在空间中的某个位置、在时间 的瞬间之中。为了理解我们对时间的经验，我们存在于世界之中这一点 是至关重要的。简而言之，属于“从外部观察”的世界的时间结构，以及 我们作为世界的一部分、身处其中所观察到的世界的那些方方面面，我 们千万不能把这二者混淆。” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 108) (pdf)

      要使用一张地图，只从外面看是不够的，我们必须知道，相对于它 所表示的内容，我们的位置在哪里。**想要理解我们的空间经验，只考虑牛顿空间是不够的，我们必须记得，我们是从内部观察这个空间的，而且我们局限于某个位置。为了理解时间，从外面来思考也不够，必须明白，我们每一刻的体验，都处于时间之内。**我们从内部观察宇宙，与宇宙无数变量中极其微小的一部分相互作用。我们见到的是一幅模糊的图景，这幅模糊的图景表明，与我们相互 影响的宇宙的动力由熵掌控，它衡量模糊的程度。比起宇宙，它所衡量 的与我们更有关系。

  • “让我总结一下在这两章里讲过的难懂的内容，希望还没有失去所有 读者。在基本层面，世界是事件的集合，不按时间顺序排列。这些事件 会在先验的物理量之间显示出同一层次的关系。世界的每个部分与全部 变量的一小部分相互作用，数值决定了“世界相对于那个特殊子系统的 状态”。 一个小系统S无法区分宇宙其余部分的细节，因为它只与宇宙其余 部分的很少一部分变量相互作用。宇宙相对于S的熵，计量的是S无法分 辨的宇宙的（微观）状态。相对于S，宇宙显现出高熵状态，因为（根 据定义）有更多的微观状态处于高熵状态，因而它更有可能刚好是这些 微观状态中的一个。 按照上面的解释，有一种流动与高熵状态相关，这种流动的参数就 是热学时间。对于一个普通的小系统S，在整个热学时间流动的过程 中，熵会一直很高，当然也许会上下涨落，因为毕竟我们面对的是概 率，而非不变的法则。 但在这个我们碰巧栖居的极其巨大的宇宙中，有无数个小系统S， 其中一些小系统S中，熵的涨落很特殊，在热学时间流动的其中一端， 熵刚好较低。对这些系统S而言，涨落不对称，熵是增加的。这种增加就是我们体验到的时间流动。特殊的并不是早期宇宙的状态，而是我们所属的小系统S。” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 111) (pdf)

• 11. 特殊之处会出现什么

  • 推动世界的不是能量，而是熵

    ((656d979e-9a77-4fea-8e59-3a32a63b2d9c))

    • 在学校里，我被告知让世界运转的是能量。我们需要获得能量，比 如从石油、太阳或核能那里。能量使机器运转，让植物生长，让我们每 天早上起来充满活力。 但还有些东西没有被考虑进去。我在学校里还被告知，能量是守衡的，它既不会被创造，也不会被毁灭。如果它是守恒的，为什么还需要 不断补充呢？为什么我们不能一直使用相同的能量？ 真相是有很多能量，而且没有被消耗掉。世界运转需要的不是能 量，而是低熵。
    • “能量（无论是机械能、化学能、电能还是势能）都会把自己转化为 热能，即热量，它会传到冷的物体。但要想把它取回来，重新用来让植 物生长，或驱动发动机，这样的免费方式并不存在。在这个过程中，能量保持不变，但熵增加了，熵无法回转。这是热力学第二定律要求的。 让世界运转的不是能源，而是低熵源。没有低熵，能量会稀释成相同的热量，世界会在热平衡态中睡去——过去与未来不再有分别，一切 都不会发生。” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 113) (pdf)
    • “但宇宙熵的增加并不迅速，不像盒子里的气体突然爆炸那样，它是 渐进的，需要时间。即便有个巨大的汤勺，要搅拌宇宙这样大的东西， 也需要时间。首先，宇宙熵增加的路上有很多阻碍和关闭的门，只有经 历极大的困难才能出现通道。 比如，一堆木头如果放着不管，可以存在很久。它不处于熵最大的 状态，因为构成它的元素——比如碳和氢——以一种非常特殊的方式 （有序的）结合在一起，从而形成木头。如果这些特殊的结合破裂了， 熵就会增加。这就是木头燃烧时会出现的情况：这些元素会从构成木头 的特殊结构中脱离，熵大幅增加（事实上，燃烧是个显著的不可逆过 程）。**但木头不会自己燃烧起来，它会在低熵状态维持很久，直到有东 西打开一扇门，让它进入更高熵的状态。一堆木头就像一副牌，处于不 稳定状态，但除非有某样东西让它进入更高熵的状态，否则它不会瓦 解。**比如说，这种东西可以是一根火柴点燃的火焰，这个过程会开启一 个通道，木头可以由此进入更高熵的状态。” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 114) (pdf)
    • 生物也由类似错综复杂的过程组成。光合作用把来自太阳的低熵储 存在植物里，动物则“进食”低熵。（如果我们所需能量胜于低熵的话， 那我们就会向撒哈拉的热量进发，而不是去吃下一顿饭了。）在每个活 的细胞内，化学过程的复杂网络都是个可以开关大门的结构，低熵可以 由此增加。分子的功能是扮演让过程交织在一起的催化剂，或是反过来 阻碍这些过程。每个单独过程的熵增使得整体能够运转。生命就是熵增 过程的网络，这些过程可以作为彼此的催化剂。[21]有时人们会说，生命 会产生特别有序的结构，或是在局部熵会减少，这些说法并不正确。生 命仅仅是分解与消耗食物低熵的过程，它的结构本身就是无序的，和宇 宙其余部分一样。

    即便最平淡无奇的现象都由热力学第二定律掌管。石头会落到地 面，为什么呢？人们经常解读说，这是因为石头会把自己置于“较低能 量的状态”，因而最终会停在较低位置。但为什么石头会让自己处于较 低能量的状态呢？如果能量是守恒的，为什么它会失去能量呢？答案是 当石头撞击地球时，会加热地球：它的机械能会转化为热量，并且热量 无法收回。如果热力学第二定律不存在，如果热量不存在，如果微观聚 集不存在，石头就会永远反弹下去，永远不会停下来。 让石头停在地面以及让世界运转的，是熵，而不是能量。

  • 痕迹与原因

    • 熵在过去比较低这一事实导致了一个重要结果，它对过去与未来之 间的区别十分普遍也很关键：过去会在现在留下痕迹。 痕迹到处都有。月球上的坑证实了过去的冲击，化石展现出很久以 前生物的模样，望远镜可以证明星系在过去有多远，书本记载着我们的 历史，我们的脑海中充满记忆。**存在的是过去的痕迹，而非未来的痕迹，仅仅是因为过去的熵较 低。不可能有其他原因，因为过去与未来之间区别的唯一来源就是过去 的低熵。 为了留下痕迹，必须有什么东西被捕获，停止运动，而这只能发生 在不可逆的过程中——也就是把能量变为热量。**这样，电脑会变热，大 脑也会变热，落在月球表面的流星会加热它，甚至本笃会修道院中世纪 抄写员的鹅毛笔都会把他正在书写的那一页加热一点。在没有热量的世 界，一切都会有弹性地回弹，不留下痕迹。 ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 116) (pdf)

    • “在进化的历程中，面对我们无法直接感知的事物（“我不懂为什么 我这样忧郁。”安东尼奥在《威尼斯商人》一开头咕哝道），**大脑的庞 大机制已经经过设计，以便对可能的未来做出计算。这就是我们所说 的“决定”。**因为大脑可以根据现在详细描述出未来可能的样子（除了细 节稍有出入），这样我们就会自然倾向于按照“原因”先于“结果”的逻辑 来思考：过去的事件是未来事件的原因，如果没有这个原因，未来的事 件就不会以完全相同的样子出现在我们的世界里。” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 117) (pdf)

      在我们的经验里，原因的概念在时间中是不对称的，原因先于结 果。当我们发现两个事件“具有相同的原因”时，我们发现这个共同原因 [25]在过去，而非未来。如果一场海啸的两股波浪同时到达邻近的岛屿， 我们会认为在过去有一个事件引起了这两股波浪，我们不会去未来寻 找。但那不是因为有一种从过去到未来的神奇的“因果”力量，而是因为 两个事件之间关联的不可能性需要一些不可能之事，而只有过去的低熵 才能提供这种不可能性。不然还有什么能提供这种不可能性呢？换句话 说，那些存在于过去的原因只不过是过去低熵的显现。在热平衡态，或 是在纯粹的力学系统中，由因果关系确定的时间方向并不存在。

    • “但记忆、原因与结果、流动、过去的确定性以及未来的不确定性， 这些只不过是我们给一个统计事实的结果所起的名字，这一事实就是宇 宙过去状态的不可能性。 原因、记忆、痕迹、世界生成的历史不止横跨了人类历史的几百 年、几千年，而是宇宙故事的几十亿年。这一切都只源于这样一个事 实：几十亿年前事物的结构是“特殊的”。[28] **而“特殊”是个相对的说法：相对于一种视角才特殊。它是一种模 糊，由一个物理系统与世界其他部分的相互作用决定。**因此因果关系、 记忆、痕迹、世界以及发生的历史，都只是一种视角的结果，就像天空 的旋转只是我们奇怪的视角的结果一样。于是，时间的研究不可避免地 要回到我们自身。” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 118) (pdf)

• 12. 玛德琳蛋糕的香味，作者卡洛关于身份以及存在的思考Thoughts

  • “国王谨慎地回答说，“战车”当然指的只是车轮、车轴、底盘这个整 体的关系，以及与我们有关的整体运转——超越这些关系与事件，并不 存在一个“战车”实体。那先胜利了，和“战车”一样，“那先”这个名字命 名的只不过是关系与事件的集合。 我们是过程、事件、复合物，并且受限于时空。但如果我们不是一 个单独的实体，那么是什么建立了我们的身份和统一性呢？是什么造就了这一切？我是卡洛，我的头发、指甲、双脚被认作我的一部分，我的愤怒与梦也是我的一部分，我认为今天的我与昨天的我是同一个卡洛， 明天的我也是如此——是那个在思考、受苦与感知的人。” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 120) (pdf)

    不同的要素结合起来，造就了我们的身份。对本书的论点而言，有 三个要素特别重要：

    • 第一个是，世界上每个人都有自己的一种视角。通过对我们生存必 不可少的广泛关联，世界在每个人那里得到映现。[30]我们每个人都是复杂的过程，反映着世界，并以严格整合的方式，对我们接收到的信息进 行加工和阐述。

    • “我们身份基础的第二个要素与战车的例子相同。在反映世界的过程 中，我们把它组织为实体。我们会在一个大致均匀稳定的连续过程中， 尽我们所能地通过聚合与分割来构想世界，与世界更好地相互作用。” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 121) (pdf)

      • 我们神经系统的结构 就是这样工作的，它接收感官刺激，不停加工信息，产生行为。形成灵 活动力系统的神经元网络，会不断调整自己，力求对摄入的信息流做出 尽可能长远的预测。[32]为了完成这一点，神经元网络会把动力系统中大 致稳定的固定点与所接收信息中反复出现的模式联结起来，或是在加工 过程中间接做到这一点，以此不断进化。在当前非常活跃的对大脑的研 究中，我们似乎已经看到了这一点。[33]**如果真是如此，那么“事物”， 像“概念”，就是神经动力中的固定点，由知觉输入与连续加工中反复出 现的结构引发。**它们反映了世界某些方面的结合，它取决于反复出现的 结构及其与我们相互作用产生的关联。这就是一辆战车的组成。休谟会为我们对大脑理解的进展感到高兴。
      • “我从未相信过笛卡儿的观点，他认为经验的首要方面是对思考的觉知，因此我思故我在。（笛卡儿的观点在我看来甚至是错误的：在笛卡儿的重构中，我思故我在不是第一步，而是第二步；第一步是我怀疑故我在。） 把自己看作主体并不是最基本的经验，而是个以其他众多思想为基础的复杂的文化推论。我最基本的经验——如果我们认为这确有意义的话——是看到我周围的世界，而不是我自己。我相信每个人都有“自 己”的概念，这只不过是因为在某个特殊时刻，我们学会了向自己投射 生而为人的概念，作为数千年进程中进化引导我们发展出的附加属性， 以便与团体中的其他成员建立联系：我们从同类那里得到反馈，形成自 我的观念，我们正是这些观念的映象。” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 122) (pdf)

    • “但是在身份的基础中，还有第三个要素，也许是最重要的一个：记忆。

      这就是这些细致的讨论会出现在一本关于时间的书中的原因。我们 并不是连续时刻中的独立过程的集合。我们存在的每个时刻都通过记 忆，由奇怪的三条线索与我们最近的和最久远的过去相连。我们的现在 充斥着过去的痕迹。我们是自己的历史。我是我自己讲述的故事。” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 122) (pdf)

      最重要的一点，我是那个一分钟以前为自己泡了杯茶的人，那个刚才在电脑里打下“记忆”这个词的人，那个刚刚写下正在完成的这句话的人。如果这一切全都消失，我还存在吗？我就是这 部正在进行的长篇小说。我的生活由此构成。

      • “**记忆把分散在时间中的过程联结在一起，而这些过程组成了我们。 在这个意义上，我们存在于时间中。**由于这个原因，今天的我与昨天的 我是同一个人。理解我们自己也就是反思时间，而为了理解时间，我们也要反思自己。 最近有本研究大脑运作的书叫《你的大脑是部时间机器》（Your Brain is a Time Machine）[34]，讨论了大脑与时间流逝相互作用，在过 去、现在、未来之间建立联系的方式。**很大程度，大脑是一部收集过 往记忆的机器，以便使用它们不断预测未来。这出现在很大范围的时间 尺度上，从非常短到相当长的时间。**如果有人把东西扔给我们，让我们 接住，我们的手会很巧妙地移动到物体片刻之后出现的位置：大脑运用 过去的印象，已经非常迅速地计算出了飞向我们的物体未来的位置。从 更大的时间尺度来说，我们种下种子，玉米会长出来；我们投入科学研 究，明天也许会收获知识与新技术。预测未来的可能性显著提升了我们 生存的概率，因此，进化选择了允许它发生的神经结构，我们就是这一 选择的结果。过去与未来事件之间的存在对我们的精神结构十分重要。 于我们而言，这就是时间的“流动”。” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 123) (pdf)

        • 哲学中关于时间本质的辩论Thoughts

          • “在《忏悔录》第十一卷中，奥古斯丁向自己发问，询问时间的本质，虽然有时会被一种令我备感无聊的福音传道士风格的感叹打断，但 奥古斯丁清楚地分析了我们感知时间的能力。他说，我们一直在当下， 因为过去已经过去，不复存在，而未来还未到来，因而也不存在。然后 他问自己，我们如何能感知到一段时间，或甚至对它进行评估——如果 我们只能处在当下的瞬间。如果我们一直在当下，又怎么能如此清楚地 知晓过去、知道时间？此时此地，没有过去，没有未来。它们在哪儿？ 奥古斯丁得出结论，它们存在于我们的内心： 它在我头脑里，所以我才能测量时间。我千万不能让我的头脑坚信 时间是什么客观的东西。当我测量时间的时候，我是在测量当下存在于 头脑中的东西。要么这就是时间，要么我就对它一无所知。” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 124) (pdf)
          • 初次读到这个想法似乎不觉得它令人信服，其实不然。我们可以说 用时钟测量一段时间，但要这么做，需要在两个不同时刻读数。这是不 可能的，因为我们一直在一个时刻，从未处于两个。在当下，我们只能 看到现在；我们可以看到被理解为过去的痕迹的事物，但在看到过去的 痕迹与感知时间的流动之间，有着明确的区别——奥古斯丁意识到，这 种区别的根源在于，对时间流逝的感知是内在的，它是头脑不可或缺的 一部分，是过去在大脑中留下的痕迹。 奥古斯丁对此问题的阐述相当精妙。它基于我们对音乐的体验。听 一首赞美诗时，声音的含义由它前后的声音决定。音乐只能出现在时间 里，但如果我们一直处在当下这一刻，又怎么能听到呢？奥古斯丁评论 说，这是可能的，因为我们的意识基于记忆与预期。一首赞美诗，一首 歌曲，在某种程度上以统一的形式存在于我们的头脑里，由某样东西把 它们结合在一起——由那个我们当作时间的东西。因此这就是时间：只 处于当下，以记忆与预期存在于我们的头脑中。 要反驳奥古斯丁看似很容易，只需要争辩说，他发现的过去的痕迹 可能存在只不过是因为它们反映了外在世界的真实结构。例如，在14世 纪，奥卡姆（William of Ockham）在他的《自然哲学》（Philosophia Naturalis）中坚持认为，人能够同时观察到天空的运动和自己内心的运 动，因此可以通过与世界共存而感知时间。**几个世纪之后，胡塞尔 （Husserl）正确而坚定地主张对物理时间与“内在时间意识”做出区分： 对一位希望避免淹没在唯心主义无用旋涡之中的坚定的自然主义者来 说，前者（物理世界）先出现，后者（意识）由前者决定，无论我们如 何理解这个问题，结果均是如此。**这个反驳完全合理，像物理学那样， 长久以来消除了我们的疑虑，确保外在的时间之流是普遍真实的，并且 与我们的直觉一致。但是，如果物理学反而告诉我们，那样的时间并不 是现实的基本组成部分，我们还可以继续忽视奥古斯丁的观点，认为它 与时间的真实本质无关吗？” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 125) (pdf)
          • 人们探究内心对时间的感知胜于探究外在的时间本质，这一情形在 西方哲学史上多次上演。**康德在他的《纯粹理性批判》中讨论了时空的本质，把时间和空间都解释为知识的先验形式，也就是说，事物不仅与客观世界有关，也与主体的认识方式有关。**但他也注意到，尽管空间由我们的外在感知塑造——通过把我们所见的外在事物进行组织，但时间由我们的内在感知塑造——通过组织我们的内在状态。我们要再一次到与我们的思维和感知方式密切相关的事物中、到我们的意识中，去寻找这个世界的时间结构的基础。即使不深究康德的先验论，这点也是正确的。 “胡塞尔在用术语“滞留”（retention）描述经验的形成时，重复了奥 古斯丁的观点，和他一样使用了歌曲的比喻[36]（与此同时，世界变得庸 俗了，歌曲取代了赞美诗）：在我们听到一个音符的瞬间，前一个音符 就“保存”了，于是那个音符也成了滞留的一部分，以此类推。它们一同 运作，使当下包含过去的连续痕迹，逐渐变得越发模糊。[37]按照胡塞尔 的说法，通过这一滞留过程，这种现象“构成了时间”。” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 126) (pdf)
          • “紧随胡塞尔，马丁·海德格尔（Martin Heidegger）写道——让我用 我喜爱的清晰易懂的伽利略文字风格，来转述一下海德格尔特意为之的 晦涩语言——“时间只在人类的范畴里成其为时间（time temporalizes itself only to the extent that it is human）”。[38]对他而言，时间也是人类的时间，行为的时间，与人类密切相关的时间。即便后来，对于存在对人 （“提出存在难题的实体”）而言是什么这个问题，[39]海德格尔很感兴 趣，但他最终还是把内在时间意识划进了存在本身的范围。” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 127) (pdf)

        • “时间在多大程度上是主观所固有的直觉，对任何坚定的自然主义者 来说仍然很重要，他们将其视为自然的一部分，不害怕谈论“现实”，并研究它，与此同时承认我们的理解与直觉从根本上是经我们的大脑这个 有限的工具的运作方式过滤过的。这个大脑是现实的一部分，而现实取 决于外在世界与头脑运作结构之间的相互作用。” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 127) (pdf)

        • 但是思维是头脑的运作。对于这种运作，我们已经开始理解（甚微）的是，整个大脑的运作都基于留在连接神经元突触中的过去痕迹的 集合。数以千计的突触不断形成，又被清除——尤其在睡觉时，只留下 过去作用于神经系统的模糊映象。毫无疑问，这个形象是模糊的（想想 我们的眼睛在每一时刻看到的成千上万个最终并没有留存在我们记忆里 的细节），却包含了许多世界。

        • “普鲁斯特发现了一个无限的空间，以及许多不可思议的细节、香 味、深思、感觉、映象、再造、颜色、物体、名字、表情、情绪…这 一切都在普鲁斯特两耳之间的大脑的褶皱里。这就是与我们的经验相似 的时间之流：它就在那里，在我们内心，在我们神经元中过去留下的至 关重要的痕迹里。 关于这件事，普鲁斯特说得再直白不过了，他在第一卷中写道：

          “现实只由记忆构成。”而记忆又是痕迹的集合，是世界之无序的间 接产物，是之前写过的那个小小方程ΔS≥0的产物，这个方程告诉我们， 世界在过去处于特殊状态，因此已经留下（以及会一直留下）痕 迹。“特殊”，也许只针对少数子系统而言——包含我们的系统。”

          ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 128) (pdf)

        • “我们是故事，被置于眼睛后方二十厘米的复杂之地，我们是事物混 合在一起留下的痕迹画出的线，朝向预测未来的事件，朝向熵增的方 向，在这巨大而混乱的宇宙中一个相当特殊的角落。 这个空间——记忆——与我们从不间断的预期过程结合在一起，构 成了我们把时间感知为时间、把自己感知为自己的来源。[41]想一想：在 没有空间或物质的情况下，我们的内心很容易想象自身，但如果不存在 于时间里，它还能想象自身吗？[42] 至于我们所属的物理系统，由于它与世界其他部分相互作用的奇怪 方式，也多亏了它允许痕迹存在，以及因为身为物理实体的我们由记忆 和预期组成，时间的视角才得以为我们开启，就像一片狭小却明亮的林 中空地。[43]时间开启了我们通向世界的有限通道。[44]对我们这些大脑基 本上由记忆和预见构成的生物而言，时间就是我们与世界相互作用的形 式——它是我们身份的来源。” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 129) (pdf)

• 13. 时间的来源

  • 作者对每章的小结，也是卡洛所理解的时间的物理结构

    ((656da4bc-2d56-441d-8526-0e0a8c2e869c))

    • 整个宇宙中一个共同的当下并不存在（第3章）。事件并不按照过 去、现在、未来的顺序排列；它们只是“部分”有序。在我们附近有个当 下，但在遥远的星系中并没有什么“当下”。当下只是局部现象，并非整 体现象。 掌管事件的基本方程中，过去与未来之间的分别并不存在（第2 章）。这点源自这样一个事实：在过去，由于我们模糊地看待事物，世 界所属的状态在我们看来很特殊。 在局部，根据我们的位置以及运动的速度，时间以不同速度流逝。 我们离物体越近（第1章），或者运动得越快（第3章），时间延缓就越 多。两个事件之间没有唯一的时间间隔，而是存在许多可能的时间间 隔。 时间流动的节奏由引力场决定，这种真实实体有自己的动力学，
    • 爱因斯坦的方程描述。如果忽略量子效应，时间与空间就是我们置身其 中的巨大胶状物的某些方面（第4章）。 但世界是量子的，胶状时空也只是个近似物。在世界的基本结构 中，既没有空间，也没有时间——只存在把一个物理量转化为另一个物 理量的过程，由此，我们可以计算概率与关系（第5章）。
    • 在目前已知的最基本层面，几乎没有什么与我们所经验的时间相 似。不存在一个特殊的“时间”变量，过去与未来之间没有差别，不存在 时空（第二部分）。我们仍然知道怎样写出描述世界的方程。在那些方 程中，变量相对于彼此演化（第8章）。这个世界不是“静止的”，也不 是一个一切变化都是假象的“块状宇宙”（第7章）。恰恰相反，我们的 宇宙是事件的世界，而非物体的世界（第6章）。
    • 这是此段旅程的去程，驶向一个没有时间的宇宙。
    • 回程是一种尝试，试图搞清楚我们的时间感知是如何从这个没有时间的世界中出现的（第9章）。令人惊讶的地方在于，在时间令人熟悉 的方面出现上，我们也扮演了重要角色。从我们的视角——构成这个世 界一小部分的生物的视角，我们看到世界在时间中流动。我们与世界之 间的相互作用是不完全的，因此我们用模糊的方式看待世界。量子不确 定性也加重了这种模糊。来源于此的无知决定了一个特殊变量的存在 ——热力学时间（第9章），也确定了量化我们不确定性的熵的存在。
    • 也许我们属于世界的一个特殊子集，与世界其他部分相互作用的方 式导致了热力学时间在一个方向上熵比较低。因此时间的方向性是真实 的，但与视角有关（第10章）：世界相对于我们的熵随热力学时间而增 加。我们发现事物在这个变量里按顺序出现，我们称之为“时间”，熵的 增加为我们把过去与未来区分开，导致了宇宙的演变。它决定了痕迹的 存在，过去的残余与记忆的存在（第11章）。我们人类就是宏大熵增历史的结果，由这些痕迹产生的记忆聚集到一起。我们每个人都是统一的 存在，因为我们反映着世界，因为通过与同类接触，我们形成了统一实 体的形象，也因为它是一种由记忆统一的关于世界的视角（第12章）。 我们所谓的时间“流动”就源于此，当我们听到时间流逝时，听到的就是 这个。
    • “时间”变量是描述世界的变量之一，是引力场变量中的一个（第4 章）。在我们的尺度上，无法记录量子涨落（第5章），因此我们可以 认为时空是确定的，就像爱因斯坦的大型软体动物；在我们的尺度，软 体动物的运动很微小，可以忽略，因此我们可以把时空看成像桌子一样 的刚性存在。这个桌子具有维度，有我们称为空间的维度，也有我们称 为时间的熵会增加的维度。在日常生活中，我们相对于光速以低速运 动，因此感觉不到不同时钟的不同固有时之间的差别，离物体远近造成 的时间流逝快慢的区别对我们而言太小了，也无法区分。
    • 因此，在许多我们可以谈论的时间里，最终只能谈论一个——我们 经验的时间：均匀、统一、有序。这是作为人类从我们的特殊视角对世 界做出的近似、近似再近似的描述，我们人类依赖于熵的增加，被固定 于时间之流。我们就如《圣经·传道书》所言，生有时，死有时。 这就是我们的时间：具有多种独特属性的多层次复杂概念。而这些 属性源于各种不同的近似。 许多关于时间概念的讨论都很令人困惑，因为他们没有意识到时间 复杂与多层次的一面。他们的错误之处在于，没有看到这些不同的层面 是独立的。

  • 时间之谜一直困扰着我们，激发强烈的情绪，滋养了许多哲学与宗 教。 我相信，正如汉斯·赖欣巴哈（Hans Reichenbach）在一本非常清晰 易懂的关于时间本质的书——《时间的方向》（The Direction of Time） 里所提出的那样，巴门尼德想要否认时间的存在，柏拉图假想出一个存 在于时间之外的理念世界，黑格尔谈论的时间里精神超越时间并且充分 了解自身，这些全都是为了逃避这个令人焦虑的时间。为了逃避这种焦虑，我们想象出了“永恒”的存在，一个在时间之外的奇怪世界，我们想要和神、和上帝、和不朽的灵魂住在那里。[49]在建设哲学大教堂方面， 我们对时间强烈的情感态度所做出的贡献比逻辑与理性更多。相反的情 感态度——敬畏时间，也诞生了很多哲学，比如赫拉克利特 （Heraclitus）或柏格森（Bergson），但并没有让我们离理解时间为何 物更近一点。

  • “物理学帮助我们穿透层层迷雾，证明了世界的时间结构与我们感知 到的有多么不一样。它给予我们希望，让我们能够免于情绪引起的迷 雾，去研究时间的本质。 但在寻找时间的途中，我们朝着远离自己的方向进发，最终却发现 与我们自己有关的事物。也许就像哥白尼那样，研究天空的运动，最终 却搞清了脚下地球的运动。也许最终，时间的情感维度并不是阻碍我们 客观地理解时间本质的迷雾。 也许时间的情感正是时间对我们而言的样子。” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 136) (pdf)

  • “我认为不需要比这理解得更多了。我们可以问更多问题，但我们要 小心那些无法被准确表述的问题。**当我们发现了时间能被谈论的所有方面，我们就发现了时间。**我们也许表达不出对时间的直接感知，但还是 对它笨拙地示意（好吧，但它为何会“流逝”呢？），但我相信，我们现 在只是在把事情搞混，执意要把近似的语言转化为事物。当我们无法精 准地表述问题时，通常不是由于这个问题十分深奥，而是因为这是一个 假问题。” ((意)卡洛·罗韦利(Carlo Rovelli), 2019, p. 136) (pdf)