时间是真实的吗？——时间的物理学和形上学（下）｜莫贵龙

作者简介：香港大学哲学硕士毕业，现为教师，正攻读中文大学哲学文学硕士。兴趣以科学和哲学为主。

在本文的上半部份，我们读过一些哲学家质疑时间之真实性的理由，以及相关的，近年重新流行之现代论（presentism）时间观。现在我们转往科学的角度，如何否定以上之观点。

2.    “时间是真实的”

2.1.    现在论的挑战者：相对论

现在论面对的最大难关，还是物理中的相对论。

在相对论中，时间和空间相关，是时空（spacetime）的一部份，可用闵可夫斯基时空图（Minkowski spacetime diagram）表达。【为简单解释，本文之图中假设空间只有一维，但可扩展至真实的三维。】

现在论说，所有东西都存在于现在，就是说所有真实在发生的事件都是同时的。然而，在相对论中，由于光速绝对，观察者的速率会改变其参照座标系（reference frame），而两件事是否同时发生，是相对于观察者的。【本人在网志中写了一个简单的说明为何如此【注3】】见图二：想像Y以一半光速离开X ，对于X来说，C、D、E三个事件是同一时间发生的，但对Y来说，E先于D而D先于C（见x’轴和C、D、E的关系）。于是乎过去、现在和将来都不是绝对的，而是相对于观察者。现在论说宇宙只有一个时刻，似乎不可能解释得到这个情况。

相对论有坚实的经验证据，所以现在论在现代物理看来必定是错的；同时性相对，意味著过去、现在和将来的事物都同样地存在，这种存在也是“无时间性的”。这种对时间的解读被称为“永恒论”（eternalism）。提出相对论的爱因斯坦似乎也抱持类似观点，他在友人贝索（Michele Besso）去世之后，在写给其家人的信中说到：

“现在他比我稍早一点离开这奇怪的世界。那没有任何意义。像我们这些相信物理学的人知道，过去，现在和将来间之区别，只是一种顽固不变的幻觉。”

（"Now he has departed from this strange world a little ahead of me. That means nothing. People like us, who believe in physics, know that the distinction between past, present and future is only a stubbornly persistent illusion."）

虽然如此，近年还是有少数哲学家和科学家，认为现在论不一定错，并尝试为之辩护。他们有些认为同时性相对的现象，不一定要用不同之参考系解释，还可由“新洛伦兹诠释”（neo-Lorentzian Interpretation） 解释；另外一些索性放弃共存的传递性（transitivity of coexistence），说每一个观察者都有自己的主观现实。前者假设一个没证据的绝对参照系，以及太多的辅助理论，后者则极度违反直觉，故不为大部份哲学家和科学家接受，在此不赘。【注1】

2.2.    科学怎样解释时间的现象

那么，相对论的时空就是最终的答案吗？

不得不承认，科学的时空和我们日常经验的时间差别很大：时空中没一个特殊的点，没有一个“现在”；它也没有解释为何我们会在恒定之时空内，经历时间之流逝。虽然有科学家认为，主观经验在科学理论中没有地位，科学不须解释它们；但作为人类，以上问题一天不解决，一天都会对我们萦绕不断。以下我试从科学之角度，解释日常时间的经验。

（1）    “我们只能感知现在”

为何我们似乎只能直接感知空间内周围的事物，却非过去或未来之事物？仔细想想，我们会发现自己搞错了整个感知的情形。

光速虽快，但仍是有限的，它由一点到另一点还是需时。当我看著我的手时，光从手反射到我的眼里，这虽是极快的过程，但无疑现在我看见的，是我过去的手。其他讯息如声音，都比光慢，所以我在每一刻感知到周围的世界，都是过去的。这非表示我直接感知到过去，反是我们不能直接感知到现在周围的环境；我能直接感知的，就只有时空中我身处这点上的东西。从这个角度看，时间和空间的分别其实没那么大。

 （2）    “时间不能被观察，所以不是真的”

时间不能被感受，或如电磁波般被测量，以至有人认为它是人类构想出来的。然而十九世纪的波兹曼（Ludwig Boltzmann）也发现，热能只是粒子运动之速率造成的，这不代表热能不存在，因它可被量化，以及转化为其他能量如动能。同样，时间虽不能被直接测量，但也可以量化，于许多方程式之中作为一变量。

（3）    “时间会流动”

人们常说时间流动：未来的事物变成现在的，再变成过去的。然而物理的时空不会流动，当中的事件也不能在时空中移动；如图三中所示，一个物体之移动，只是它在不同时间在空间有不同位置而已。那么怎样解释“时间流动”？

我们认为时间会流动，可看成我们认为事物随时间之变化下，想像时间之相对运动，情况就像我们在前进的车上，看到周围境物倒退一样。霍金在其《时间简史》（The Brief History of Time）就尝试如此解释：因我们只能记忆过去之事而非未来之事，所以时间看来就有一个由过去到未来之方向，他称之为“心理上的时间箭向”（psychological arrow of time）。所以，在这个解释下，时间之流动只是心理作用之结果。

（4）    时间有方向

刚才提到我们只能记得过去而非将来之事情，这一般被理解成过去的事造成现在的记忆；一事件只能是之后事件之因而非果，这样看来，时间和空间不同之处在于，时间有内在之方向而空间没有。那么，科学是如何看时间之方向？

时间是许多物理定律之方程中的其中一个变量。许多物理定律都是“在时间上对称”（time symmetric）的，即无论在时间上往前或往后（t的值变大或小），都不会破坏方程和定律本身。然而这也有许多例外，如热力学第二定律中熵（entropy）的值随时间不会下降（然而此非基本物理定律）。

经科学家多年之研究，现时发现所有的基本物理定律都有“CPT对称性”。CPT的意思是电荷、宇称和时间（Charge, Parity and Time），其中“宇称”是指空间方向之正反；“CPT对称性”意指此三者在一物理定律中同时转换时的对称性，即虽然物理定律于时间上未必对称，在CPT上却是对称的（至少现在的观察如此）。

20世纪物理学家费曼（Richard Feynman）认为CPT对称意味著，一粒子的运动等同其反粒子（antiparticle）在时间中逆行（例如正电子是电子的反粒子）。【注2】 所以时间是否有内在之方向，以及为何它有方向，到目前为止还是一个谜。

3.    结语

奥古斯丁（Augustine）在其《自白书》（Confession）中说到：“时间是甚么？如果没有人问我，我知道；如我想向问问题的人解释，我就不知道了。”。（"What then is time? If no one asks me, I know: if I wish to explain it to one that asketh, I know not."） 和许多哲学难题一样，时间这熟悉的东西也是来得“这么近，那么远”。

时间是真实的，还是只是我们理解自然之方式？相对论似乎否定了现在论，并肯定时间的客观存在。然而，物理的时间和我们日常理解的时间其实十分不同：物理的时空没有“现在”也不会流动，时间和空间也是相对于观察者的。时间是否有方向，以及为何如有方向，到目前也是个谜；我们与了解时间之间还是有一大段距离。

我们对时间之探索，指向了一种超越时间的存在。这种存在需与时间性的存在区分开来：在永恒论下，过去和未来的事物虽不于现在存在，但其还是在时空中以某方式存在。

时间既是宇宙和现实之根本，但又虚无飘渺，故它同是物理和哲学中形上学之课题，是两个学科相交之处。物理学家透过观察和数学，描述宇宙的规律和结构，而哲学家则擅于透过思辨，探寻现实之本质和结构，细察各理论之优劣；只要基于理性，追求现实之真相不应局限于身份和方法，如两个学科能交流互补，我们对真实的认识和理解将有长足之进步。

参考

【注1】Wikipedia contributors, “Lorentz ether theory --- {Wikipedia}{,} The Free Encyclopedia.” 2018.

【注2】R. P.Feynman, “Space-Time Approach to Non-Relativistic Quantum Mechanics,” Rev. Mod. Phys., vol. 20, no. 2, pp. 367–387, 1948.

【注3】[进阶物理] 狭义相对论的同时性”  https://adrianmkl.blogspot.com/2018/03/blog-post_18.html

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