時(shí)間會終結(jié)，也不會終結(jié)。因?yàn)闀r(shí)間的終結(jié)似乎既沒有可能，又無法避免。最近的物理學(xué)研究為這一矛盾提出了一個(gè)解決方案。

　　時(shí)間，會在黑洞內(nèi)部走到盡頭

　　相對論會預(yù)言諸如死后無法“再生”這么令人不安的事情，這一點(diǎn)物理學(xué)家花了幾十年才逐漸接受

　　愛因斯坦在提出廣義相對論詮釋引力時(shí)，恐怕連他自己都不曾預(yù)料到，他的理論會預(yù)言出這么一個(gè)可怕的前景。

　　在廣義相對論之前，大多數(shù)物理學(xué)家和哲學(xué)家都認(rèn)為，時(shí)間是一種放之四海而皆準(zhǔn)的鼓聲，是宇宙要與之同步的一種穩(wěn)定節(jié)律，不會變化，不會搖擺，也不會停止。愛因斯坦則證明，宇宙更像是一場盛大的復(fù)合節(jié)奏爵士搖滾即興演奏會。時(shí)間可以變慢，可以拉長，可以被“撕成碎片”。我們感受到引力的同時(shí)，也在感受著時(shí)間節(jié)律的即興演奏；下落的物體被拖到了時(shí)間流逝更加緩慢的地方。時(shí)間不僅會影響物體的運(yùn)作，反過來，物體在做什么也會影響到時(shí)間，就像鼓手和舞者彼此激發(fā)，共同演繹一段變奏熱舞一樣。不過，事情一旦失去控制，時(shí)間也可能灰飛煙滅，就像一位興奮過頭的鼓手突然暴斃一樣。

　　出現(xiàn)這種情況的那些時(shí)刻，被稱為奇點(diǎn)（singularity）。這個(gè)術(shù)語實(shí)際所指的正是時(shí)間的邊界，可能是開端，也可能是終點(diǎn)。最著名的奇點(diǎn)當(dāng)數(shù)宇宙大爆炸（big bang），也就是137億年前我們這個(gè)宇宙（以及其中的時(shí)間）無中生有并開始膨脹的那一瞬間。

　　如果宇宙有一天停止膨脹，轉(zhuǎn)而開始收縮，最終就會發(fā)生某種與大爆炸相反的過程，稱為大擠壓（big crunch），給時(shí)間“壓”出一個(gè)終點(diǎn)。時(shí)間不一定非得在所有地方同步終結(jié)。相對論說，時(shí)間會在黑洞內(nèi)部走到盡頭，而在黑洞之外，宇宙絕大多數(shù)其他地方，時(shí)間仍將繼續(xù)。

　　黑洞的破壞力名不虛傳，甚至超過你對它的所有想象。如果你落入一個(gè)黑洞，不僅你的身體會被撕成碎片，這些碎片最終還會撞上黑洞中心的一個(gè)奇點(diǎn)，你的時(shí)間線（timeline）也就此走到了盡頭。你的灰燼中再也誕生不出新的生命，你的分子也不會再得到任何回收利用。就像小說中的某個(gè)角色走到了這本小說的最后一頁，你遭遇到的不僅僅是死亡，還有徹底的“不復(fù)存在”。

　　相對論會預(yù)言諸如死后無法“再生”這么令人不安的事情，這一點(diǎn)物理學(xué)家花了幾十年才逐漸接受。直到今天，他們還是不太確定，這到底是怎么回事。奇點(diǎn)可以說是物理學(xué)家追尋物理學(xué)大統(tǒng)一理論的主要原因——他們將愛因斯坦獨(dú)創(chuàng)的廣義相對論與量子力學(xué)結(jié)合，試圖創(chuàng)造出一種量子引力理論。在某種程度上，他們希望這一理論能夠令人滿意地解釋奇點(diǎn)。不過對于“希望”二字，你必須慎之又慎。時(shí)間終結(jié)令人難以想象，但時(shí)間沒有終點(diǎn)或許同樣矛盾重重。

　　奇點(diǎn)的物理本質(zhì)，一個(gè)點(diǎn)還是一小團(tuán)？

　　幾乎所有物理學(xué)家都推測，宇宙中的奇點(diǎn)實(shí)際上擁有一個(gè)就算很高但也有限的密度

　　宇宙中充斥著奇點(diǎn)，宇宙本身也可能遭遇各種令人不安的時(shí)間災(zāi)劫。就算躲過了大擠壓，宇宙也可能被大撕裂（big rip）、大凍結(jié)（big freeze）或大剎車（bigbrake）搞定。不過，如果再追問一句，奇點(diǎn)（不論大?。┑降资鞘裁矗鸢妇筒荒敲疵鞔_了?！捌纥c(diǎn)的物理本質(zhì)，現(xiàn)在還沒有定論，”美國密歇根大學(xué)安阿伯分校的著名物理哲學(xué)家勞倫斯·斯克拉（Lawrence Sklar）說道。

　　恰恰是招惹出奇點(diǎn)這些“怪物”的那個(gè)理論，暗示它們無法真正存在。以大爆炸奇點(diǎn)為例：相對論說，我們看到的每一個(gè)星系的前身都曾經(jīng)被壓縮到一點(diǎn)——不只是一個(gè)細(xì)微如針尖般大小的點(diǎn)，而是一個(gè)數(shù)學(xué)意義上大小為零的點(diǎn)。與此類似，不幸落入黑洞之中的宇航員身上的每一個(gè)粒子，也都會被壓縮到一個(gè)無限小的點(diǎn)中。在這兩種情況下，計(jì)算密度都意味著要用質(zhì)量除以一個(gè)數(shù)值為零的體積，得到的結(jié)果是無窮大。其他類型的奇點(diǎn)不會遇到無窮大的密度，但總會遇到無窮大的其他物理量。

　　但幾乎所有物理學(xué)家都推測，宇宙中的奇點(diǎn)實(shí)際上擁有一個(gè)就算很高但也有限的密度。相對論的錯(cuò)誤之處在于，它漏掉了引力或物質(zhì)的某個(gè)重要屬性——正是這個(gè)屬性在奇點(diǎn)附近發(fā)揮作用，把密度保持在了可以控制的范圍之內(nèi)。“大多數(shù)人會說，它們（指奇點(diǎn)）標(biāo)志著這個(gè)理論在那里崩潰了，”美國加利福尼亞大學(xué)圣巴巴拉分校的物理學(xué)家詹姆斯·B·哈特爾（James B. Hartle）說道。要想弄清楚到底發(fā)生了什么，就必須用到一個(gè)更加完善的理論——量子引力論。物理學(xué)家還在苦苦鉆研這樣一個(gè)理論，但他們估計(jì)，這個(gè)理論會包容量子力學(xué)的一個(gè)重要見解——物質(zhì)跟光一樣，擁有類似于波的性質(zhì)。這些波動性應(yīng)該會把假想的奇點(diǎn)“模糊”成小小的一團(tuán)，而不再是一點(diǎn)，因而也就排除了“除以零”這樣的錯(cuò)誤。果真如此的話，時(shí)間實(shí)際上或許就不會終結(jié)。

　　時(shí)間是否會終結(jié)，怎么說都有理

　　在這個(gè)問題上，物理學(xué)家被折磨得不輕，他們的爭論目前也難以看到終點(diǎn)

　　關(guān)于這一點(diǎn)，物理學(xué)家分成了兩派。一些物理學(xué)家認(rèn)為，時(shí)間確實(shí)會終結(jié)。這種觀點(diǎn)的問題在于，已知的物理學(xué)定律都是在時(shí)間中運(yùn)作的，描述的也都是事物如何隨時(shí)間移動和演化。時(shí)間的終點(diǎn)超出了已知物理學(xué)的范疇。負(fù)責(zé)掌管時(shí)間終點(diǎn)的，必定不會是現(xiàn)有物理學(xué)體系中的某一條未知定律，而應(yīng)該是一套全新的物理學(xué)定律——它能避開運(yùn)動和改變之類與時(shí)間有關(guān)的概念，而是偏向于幾何簡潔性之類與時(shí)間無關(guān)的概念。

　　3年前，借用量子引力論主流候選理論——弦論（string theory）中的一些觀點(diǎn)，新加坡國立大學(xué)的布雷特·麥金尼斯（Brett McInnes）提出了一個(gè)構(gòu)想。他提出，在宇宙還是最初那一小團(tuán)的時(shí)候，它的形狀是一個(gè)圓環(huán)面；與圓環(huán)面有關(guān)的那些數(shù)學(xué)定理，決定了當(dāng)時(shí)的宇宙必定是完美均勻和完美平滑的。然而，在大擠壓或者某個(gè)黑洞的奇點(diǎn)處，宇宙可能擁有任何形狀，同樣的數(shù)學(xué)推理不一定仍然適用；此時(shí)的宇宙，大體上可以說是極端的破爛不堪。這樣一套幾何物理學(xué)定律與通常的動力學(xué)定律有著本質(zhì)的不同：它并不是時(shí)間對稱的。換句話說，終結(jié)不會僅僅是開端的反演。

　　其他量子引力研究者認(rèn)為，時(shí)間會永恒延伸，既沒有開端，也沒有終點(diǎn)。在他們看來，大爆炸只是宇宙永恒生命中一個(gè)戲劇性的轉(zhuǎn)折點(diǎn)?；蛟S大爆炸前的宇宙經(jīng)歷了一場大擠壓，在密度變得太高時(shí)發(fā)生了逆轉(zhuǎn)——這個(gè)場景被稱為大反彈（big bounce）。大爆炸前這段宇宙歷史中的一些遺跡，甚至有可能流傳到今天。按照類似的推理，黑洞中心附近的那一小團(tuán)奇點(diǎn)也可能像一顆微縮版的恒星那樣不停地沸騰和翻滾。如果落入一個(gè)黑洞，你會在痛苦中死去，但至少你的時(shí)間線不會就此到頭。你體內(nèi)的粒子會“撲通”一聲落入這一小團(tuán)，在它上面留下一個(gè)獨(dú)特的印記，有可能在這個(gè)黑洞散發(fā)出的微弱光芒中被未來某一代人看到。

　　假定時(shí)間能夠持續(xù)下去——通過這種方式，這一觀點(diǎn)的支持者大可不必再為所謂“一套全新的物理學(xué)定律”而大費(fèi)腦筋。不過，他們同樣遇到了麻煩。比方說，宇宙隨著時(shí)間的流逝只會變得越來越凌亂，如果這一過程已經(jīng)持續(xù)了無限久，那為什么今天的宇宙還沒有徹底淪為一盤散沙？至于黑洞，攜帶有你的印記的那些光又該如何才能逃離那個(gè)黑洞的引力魔爪？

　　在愛因斯坦出現(xiàn)之前很久，各個(gè)時(shí)代的哲學(xué)家就已經(jīng)為時(shí)間是否終有一死而爭論不休了?？档拢↖mmanuel Kant）認(rèn)為，這個(gè)問題是一個(gè)“二律悖反”（antinomy）——這個(gè)哲學(xué)術(shù)語指的是怎么說都有理，讓人不知道該如何思考。

　　歸根結(jié)底，物理學(xué)家在時(shí)間終結(jié)這個(gè)問題上的糾結(jié)絲毫不亞于哲學(xué)家。已故的量子引力先驅(qū)約翰·阿奇博爾德·惠勒（John Archibald Wheeler）就曾經(jīng)寫道：“愛因斯坦的方程說‘這就是終點(diǎn)’，物理學(xué)家卻說‘終點(diǎn)不存在’?！泵鎸@種兩難的局面，一些人干脆舉手投降，總結(jié)說科學(xué)永遠(yuǎn)無法解決時(shí)間會不會終結(jié)這個(gè)問題。在他們看來，時(shí)間的邊界同樣也是推理和經(jīng)驗(yàn)觀察適用范圍的邊界。不過，其他一些人認(rèn)為，破解這道難題只需要一些全新的思路。“這并沒有超出物理學(xué)的范疇，”美國加利福尼亞大學(xué)圣巴巴拉分校的物理學(xué)家加里·霍羅威茨（Gary Horowitz）說，“量子引力論應(yīng)該能夠提供一個(gè)明確的答案。”

　　時(shí)間如何消逝，從有序到凌亂

　　時(shí)間之死不過是一個(gè)復(fù)雜體系的崩潰，就像人類生命的消逝一樣，沒有什么自相矛盾之處

　　就在物理學(xué)家和哲學(xué)家苦苦思索試圖領(lǐng)悟時(shí)間如何終結(jié)時(shí)，許多人看到了它與生命終結(jié)之間的相似之處。正如生命是在無生命的分子組織成機(jī)體的過程中涌現(xiàn)出來的一樣，時(shí)間也可能是在無時(shí)間的原料自行產(chǎn)生秩序的過程中涌現(xiàn)出現(xiàn)的。存在時(shí)間的世界是一個(gè)高度組織化的世界。時(shí)間告訴我們諸多事件何時(shí)發(fā)生，持續(xù)多久，以及它們發(fā)生的先后次序?；蛟S這種結(jié)構(gòu)不是外部強(qiáng)加的，而是內(nèi)部產(chǎn)生的。能夠產(chǎn)生出來的東西，自然也可以被摧毀。當(dāng)這種結(jié)構(gòu)分崩離析時(shí)，時(shí)間便終結(jié)了。

　　按照這種思路，時(shí)間之死只不過是一個(gè)復(fù)雜體系的崩潰，并不比其他任何體系的崩潰更難理解，沒有任何自相矛盾、左右為難之處。一項(xiàng)接著一項(xiàng)，時(shí)間會喪失它的特性，穿越存在和不存在之間的模糊地帶。

　　最先喪失的特性可能是時(shí)間的單向性（unidirectionality），也就是由過去指向未來的那個(gè)“時(shí)間箭頭”。物理學(xué)家早在19 世紀(jì)中葉就已經(jīng)認(rèn)識到，時(shí)間箭頭并不是時(shí)間本身的屬性，而是物質(zhì)的屬性。時(shí)間本身是雙向的；我們感受到的時(shí)間箭頭，只是物質(zhì)從有序過渡到凌亂的一種自然退化，任何家里養(yǎng)著寵物或者小孩的人對此都會深有感觸。

　　如果這一趨勢持續(xù)下去，宇宙最終將達(dá)到一種平衡態(tài)，又被稱為“熱寂”（heat death），這是凌亂到不可能比它本身更亂的一種狀態(tài)。單個(gè)粒子仍將持續(xù)不斷地進(jìn)行著自我重組，但宇宙作為一個(gè)整體將不再會有任何變化，任何幸存下來的“時(shí)鐘”都將在前后兩個(gè)方向上左搖右擺，未來將變得跟過去沒有任何區(qū)別。少數(shù)物理學(xué)家已經(jīng)推測，時(shí)間箭頭可能會反轉(zhuǎn)，以便宇宙自行恢復(fù)到整齊簡潔的狀態(tài)。不過，對于我們這些無法永生的生物來說，連我們自身的存在都取決于指向未來的時(shí)間箭頭，這樣的反轉(zhuǎn)無疑像熱寂一樣，標(biāo)志著時(shí)間的終結(jié)。

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　　稿件來源：環(huán)球科學(xué)（《科學(xué)美國人》中文版）

　　撰文：喬治·穆瑟（George Musser）

　　翻譯：虞駿