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时空是什么?现实核心的谜团

如果我们对现实的最大构想是建立在一个隐藏的误解之上,那会怎样?一种对时空的全新哲学审视挑战了这一流行观点,即过去、现在和未来共同存在于一个永恒的“块状宇宙”中。该论点指出,物理学家可能模糊了存在的事物与仅仅发生的事物之间的区别,从而造成了关于时空究竟是什么的深层困惑。

时空常被描述为“现实的织物”。在某些叙述中,这种织物被称为固定的四维“块状宇宙”——一张包含所有事件、过去、现在和未来的完整地图。

在另一些叙述中,它是一个随引力而弯曲变形的动力场。但是,说时空存在究竟意味着什么?它究竟是哪种事物——时空是结构、实体还是隐喻?

现代物理学的核心

这些问题不仅仅是哲学问题。它们处于我们如何诠释现代物理学的核心,并潜移默化地塑造着一切,从我们如何理解广义相对论到我们如何想象时间旅行、多元宇宙以及我们的起源。

这些问题涉及时空本身的涌现以及将其视为宇宙记忆的激进新观点。然而,我们用来描述时空的语言往往是模糊的、隐喻性的且前后矛盾的。

英籍奥地利哲学家路德维希·维特根斯坦曾警告说,当“语言休假去了”时,哲学问题就会产生。事实证明,物理学可能就是一个典型的例子。

在过去的一个世纪里,诸如“时间”、“存在”和“无时间”等熟悉的词汇在技术语境中被重新定义,却未审视它们从日常用语中带来了哪些包袱。

 

这导致了对这些术语实际含义的普遍困惑。

语言的问题

在物理学哲学中,特别是在一种被称为永恒论的观点中,“无时间”一词是按字面意思使用的。永恒论认为时间不会流动或流逝——即所有时间中的所有事件在一个被称为“块状宇宙”的四维结构中都是同样真实的。

根据这一观点,宇宙的整个历史已经以无时间的方式铺展在时空结构中。在这种语境下,“无时间”意味着宇宙本身在任何真实意义上都不存在持续或展开。没有生成。没有变化。只有一个块,所有的永恒都在其中非时间性地存在。

但这导致了一个更深层次的问题。如果永恒中发生的一切都是同样真实的,且所有事件都已经在那里,那么说时空存在究竟意味着什么?

房间里的大象

存在与发生之间存在结构性差异。一个是存在的模式,另一个是发生的模式。

想象一下,有一头大象站在你旁边。你可能会说:“这头大象存在。”你可能会把它描述为一个三维物体,但重要的是,它是一个“*存在*的三维物体”。

相比之下,想象一头纯粹的三维大象瞬间闪现于房间中:这是一头存在的大象生命中的一个横截面时刻,像幽灵一样出现又消失。那头大象在通常意义上并不真正存在。它是发生的。它是一种出现。

 

一头存在的大象随时间持续,时空将其存在的每一时刻记录为一条四维世界线——即一个物体在其存在过程中穿越空间和时间的路径。那头想象中的“发生的大象”只是那根管道的一个类空切片;一个三维时刻。

现在将这种区分应用于时空本身。四维时空以大象存在的意义存在意味着什么?时空是否以同样的意义持续?时空是否拥有自己的一套“现在”时刻?或者,时空——即永恒中发生的所有事件的流形——仅仅是一种发生的事物?时空是否仅仅是关联这些事件的一个描述性框架?

永恒论模糊了这一区别。它将所有的永恒——即所有的时空——视为一个存在的结构,并将时间的流逝视为一种错觉。但如果所有的时空都在一瞬间发生,那种错觉是不可能的。

为了在这个框架内找回时间流逝的错觉,四维时空必须以一种更像三维*存在*大象的方式存在——而大象的存在正是由四维时空描述的。

每一个事件

让我们将这个想法再推进一步。

如果我们想象宇宙历史上的每一个事件确实“存在”于块状宇宙中,那么我们可能会问:块本身何时存在?如果它不展开或改变,它是否无时间地存在?如果是这样,那么我们就是在给一个本应在字面意义上无时间的事物叠加另一个时间维度。

为了理解这一点,我们可以构建一个五维框架,使用三个空间维度和两个时间维度。第二个时间轴将允许我们说四维时空存在,就像我们通常认为房间里的大象存在于我们周围的三维空间中一样,我们将其事件记录为四维时空。

此时,我们已超出了仅通过四个维度描述时空的既定物理学范畴。但这揭示了一个深层问题:如果不小心通过一个物理学中不存在的额外维度将时间重新引入,我们就没有连贯的方式来谈论时空存在意味着什么。

这就像试图描述一首一下子就存在的歌曲,无需被演奏、聆听或展开。

从物理学到虚构作品

这种困惑塑造了我们在虚构作品和科普作品中想象时间的方式。

在1984年詹姆斯·卡梅隆的电影《终结者》中,所有事件都被视为固定的。时间旅行是可能的,但时间线无法改变。一切都已经以一种固定的、无时间的状态存在。

在《复仇者联盟》系列的第四部电影《复仇者联盟4:终局之战》(2019年)中,时间旅行允许角色改变过去的事件并重塑时间线,暗示了一个既存在又变化的块状宇宙。

只有当四维时间线以我们的三维世界存在的相同方式存在时,这种变化才可能发生。

但无论这种变化是否可能,这两种情景都假设过去和未来都在那里,准备好被穿越。然而,两者都没有认真探讨这暗示了何种存在,或者时空与事件地图有何不同。

理解现实

当物理学家说时空“存在”时,他们往往在一个悄悄模糊了存在与发生之间界限的框架内工作。其结果是一个形而上学模型,往好了说是缺乏JianCe度,往坏了说是掩盖了现实的本质。

这些都不会危及相对论的数学理论或证实它的实证科学。爱因斯坦的方程依然有效。但我们如何诠释这些方程至关重要,尤其是当它塑造了我们谈论现实的方式以及我们如何处理物理学中的深层问题时。

这些理解包括调和广义相对论与量子理论的尝试——这是一个在哲学和科普讨论中都曾探讨过的挑战。

定义时空不仅仅是一场技术辩论——它关乎我们认为我们生活在一个什么样的世界里。The Conversation