时间真的在流逝?一种古老数学方法正破解时间谜团

2020-10-19 18:58     互联网

如果数字不能囊括无限的位数,那么未来将很难说是百分百注定不变的。奇怪的是,虽然我们能在无法改变的过去和开放的未来之间感受时间流逝,但是两者之间的边界也就是“现在”,在现有的物理学定律中,似乎从未出现过。

       

例如,在爱因斯坦的相对论中,时间和三维尺度的空间一起组成弯曲的四维时空连续体“块宇宙”。“块宇宙”中包含了完整的过去、现在和未来。在爱因斯坦方程式中,“块宇宙”中出现的任何事情从一开始就确定了。宇宙最初的状态决定着后面发生的所有事情,这一过程不会有什么意外产生。1955年,在爱因斯坦逝世前的几周,他写道:“对于我们这些相信的物理学家而言,过去、现在和未来只是一直存在的一种幻觉。”

现今,爱因斯坦这种不受时间影响的宿命论观点依旧十分流行。里斯本大学的宇宙学家Marina Cortês说,“大多数物理学家相信‘块宇宙’的观点,因为它是通过广义相对论预测的。”然而,她表示:“如果有人能对‘块宇宙’的含义进行更深一步的反思,他们将会怀疑它蕴含的含义。”

量子力学主要用于描述粒子的概率性行为,而一些物理学家也正开始仔细思考在量子力学中存在疑问的时间点难题。在量子尺度上,过去与未来之间会发生不可逆的变化,并且能将两者区分开。而对于粒子来说,它们会同时保持两种量子状态,直到对它进行测量时,粒子才会接受并处于其中一种状态。尽管粒子的集体行为能遵循一定的统计模式,但单一粒子的行为是随机且不可预测的。因此,时间在量子力学中的本质与它在相对论中的作用方式具有明显的矛盾,这也造成了不确定性和混乱。

在过去的一年中,瑞士物理学家Nicolas Gisin发表了4篇论文,试图消除围绕在物理学时间问题上的迷雾。正如Gisin所理解的,这个问题一直是一个数学问题。Gisin认为,一般意义上的时间和我们称之为“现在”的时间,很容易用一种叫做“直觉主义”的古老数学语言来表示,这种数学思想认为数字并不能囊括无限的位数。根据Gisin的理论,当使用“直觉主义”数学来描述物理系统的演化时,它清楚地表明“时间真的在流逝,新的信息被创造出来”。此外,借助这种数学形式,爱因斯坦方程式中暗示的严格确定性也能被量子力学的不可预测性所取代。如果,数字是有限的且具有一定的精度,那么自然的本质将是不精确的且不可预测的。

当然,物理学家还在尝试理解Gisin的研究,因为物理学家通常不会使用一种新的数学语言来表示物理规律。但是,许多参与论证这一研究的人认为,这些研究或有可能连接了广义相对论的决定论与量子尺度上固有随机性概念。

“我发现这些研究十分有趣,”哈佛大学的量子信息学家Nicole Yunger Halpern在回应Gisin最近发表在《自然物理学》上的一项研究时表示,“我愿意尝试‘直觉主义’数学。”

Cortês表示Gisin的方法在含义上“极其有趣”和“令人震惊,并能对现有理论产生挑战。”她说,“这确实是一种非常有趣的数学形式,可以解决自然界中有限精确度的问题。”

Gisin说,将物理学定律设定为:未来是可变的,而现在是真实的。这非常重要,因为这正是我们所经历的。“我是一个脚踏实地的物理学家,”他说,“我们都知道时间在流逝。”

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