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重點提要
■在當今的物理學中，時間是個特別熱門的主題。為了尋找統一理論，物理學家必須重新檢視非常基本的假設，而其中最基本的幾乎就是時間了。
■有些物理學家認為時間其實不存在，有些人則認為應該讓時間升級而非降級。在這兩種觀點之間，還有一個有趣的想法：時間存在，但並非基本。我們察覺到的時間，是由一個靜態的世界浮現出來的。
■早在蘇格拉底之前，哲學家就曾經辯論這些想法，但現在物理學家把它弄得更具體。有種說法是，時間可以自宇宙的切割中產生；我們察覺到的時間反映了這些切割區塊之間的關係。
你在讀著這個句子時，很可能會想著「這一刻」（就是現在），也就是正在發生的「當下」。此時此刻似乎很獨特、很真實。不管你對過去有多少記憶、對未來如何憧憬，你都活在當下。當然，你閱讀剛剛那句話的那一刻已經不再，這句才是當下。換句話說，時間似乎在流動，亦即「當下」也在不斷更新。在我們直覺的深處，未來是開放的，直到它成為現在，而過去已被固定住了。時間流動時，這種過去固定、現在發生、未來開放的結構不斷在時間中前進。這種結構深植於我們的語言、思考和行為中，我們的一生該怎麼過正懸於此。
雖然這種想法很自然，卻無法在科學裡找到相應的語言。物理的方程式無法表明哪些事件正在發生，就像一幅沒有標記「你在此處」的地圖。方程式中沒有「現在」，因此也沒有時間流。除此之外，我們可以從愛因斯坦的相對論得知，不只是單一的現在不存在，事實上每一刻都同樣真實（參見2002年11月號〈神秘的時間流〉），未來並不比過去開放。
科學對時間的理解，與我們日常生活對時間的理解有著巨大的鴻溝，這讓歷史上的思想家大感困惑。一旦物理學家逐漸剝奪我們賦予時間的平常屬性，這個鴻溝益形加深。現在，物理時間與經驗時間的裂口已深及根基，因為有許多理論物理學家開始認為，時間甚至根本不存在。
時間並非宇宙真實結構的一部份，這種想法剛開始很令人震驚，難以想像它如何說得通。我們所做的每一件事，都是在時間裡做的，這個世界就是由時間串起的一連串事件，每個人都可以看到我的頭髮變白、物體移動之類的事件。我們看到了變動，而這種改變是相對於時間而言的。少了時間，世界就會全然靜止。一個沒有時間參數的理論，就必須解釋：如果世界實際上並沒有變動，為什麼我們會看到事件的變化。
最近的研究正嘗試面對這項挑戰。雖然時間可能並不存在於最基本的層次，但它可能在較高的結構中產生：這就像桌子雖然是由一堆內部幾乎空空如也的粒子所組成，但摸起來還是很結實。固體是粒子集體浮現的性質，因此時間也可能是由世界某些基本組成浮現出來的性質。
「時間乃浮現的性質」，這種想法有可能和一個世紀前的相對論或量子力學同樣具有革命性。愛因斯坦曾說，他在構思相對論時，最關鍵的進展來自於他對時間的重新理解。而物理學家在追求統一相對論與量子力學的夢想時，他們相信時間一樣是個關鍵。2008年，基礎問題研究院（FQXi）針對「時間的本質」舉辦徵文，有些現代物理學的重量級人士也前來參與。許多人認為統一理論描述的會是個沒有時間的世界，有些人則極不願放棄時間這個概念。不過他們都同意，要在統一理論上有進展，必須先對時間做深入思考。
時間的浮沉
過去這段日子裡，我們對時間的豐富常識不斷受到否定。時間在物理學中舉足輕重，但隨著物理學的進展，這些功能逐一被其他東西取代。
乍看之下或許並不明顯，不過牛頓的運動定律就對時間的特性有些特定要求。原則上，所有的觀察者都會同意事件發生有先後順序。古典物理假設，不管一個事件發生於何時何地，你都可以客觀說明，它跟宇宙中另一件事比較起來，是先發生、後發生、還是同時發生。因此，時間讓世界上所有事件排列得井然有序，而且這個順序是絕對的事實，不會因觀察者的不同而有所改變。還有，時間必須是連續的，這樣我們才能定義速度與加速度。
古典物理中的時間，還必須具備持續的概念（也就是物理學家所說的「度量標準」），這樣才能判定兩個事件相隔多久。當我們說奧運短跑選手波特（Usain Bolt）每小時可以跑43公里，我們必須能測量一小時是多久。跟事件的順序一樣，時間持續的長短也是與觀察者無關的。如果愛麗絲與鮑伯三點鐘離開學校，各走各的，然後六點回到家碰面，那麼愛麗絲所經歷的時間會等於鮑伯所經歷的時間。
基本上，牛頓提議這個世界裡有個主計時器，它將這世界以唯一且客觀的方式切出某一瞬間，牛頓的物理僅依這座鐘的滴答聲行走。此外，牛頓覺得時間在流動，其流向告訴我們哪一個方向是未來，不過，這個額外的性質並非牛頓的運動定律必須具備的。
對現代的我們來說，牛頓對時間的詮釋可能已經過時了，但稍微想一下，會發現它很令人驚訝。它的許多特徵在邏輯上都是不相關的，諸如：順序、連續性、持續性、同時性、流動與方向，然而它們全被兜在牛頓稱為「時間」的這個主計時器裡。這些特徵組合運作得很成功，所以歷經近兩個世紀都沒受到修正。
19世紀末、20世紀初，攻擊來了。第一波是奧地利物理學家波茲曼（Ludwig Boltzmann）的研究，他推論，由於牛頓定律在時間裡往前或往後都同樣可行，所以時間並沒有內建方向。因此，他提議過去與未來的差別不是時間固有的，而是起源於宇宙以不對稱的方式在組織物質。物理學家仍在爭論這種說法的細節，不過波茲曼已經很有說服力地拿掉了牛頓時間裡的一項特徵（參見2008年7月號〈時間是雙向的嗎？〉）。
下一波攻擊來自愛因斯坦，他摒棄了絕對同時性的概念。根據他的狹義相對論，事件是否同時發生與你跑多快有關。事件發生的舞台並非時間或空間，而是兩者的合體：時空。兩位觀察者若以不同速度移動，對一個事件在何時、何處發生，會有不同觀點，但對其在時空裡的位置則沒有歧見。時間與空間是次級的概念，如同愛因斯坦的大學老師、數學家閔考夫斯基（Hermann Minkowski）的名言：「這兩者必將淡出成為幻影。」
到了1915年，愛因斯坦的廣義相對論出現，狹義相對論也被推廣到重力的領域，此時事情變得更糟。重力會扭曲時間，所以這裡經過的一秒和那裡經過的一秒可能不相同。能讓時鐘同步並持續保持同步，原則上也十分罕見。你無法將這個世界想像成是根據單一時間參數，滴答滴答地逐一開展出來。在極端的情況下，這個世界可能根本沒辦法被切割成一個個瞬間。如此一來，就不可能說一個事件比另一個事件發生得早或晚了。
廣義相對論裡有許多函數會用到「時間」一詞：座標時間、局部時間（proper time，又稱「原時」）、全域時間。總的來說，它們執行了許多牛頓的單一時間所做的事，但個別來說，沒有一個配得上這個名詞。要不就是物理不聽從這些時鐘，或者是即使聽從，這些時鐘也只適用於宇宙裡的一小塊區域或特定的觀察者。雖然現在的物理學家認為時間應該要從統一理論中剔除，但我們很有理由說，時間自1915年就消失了，只是我們尚未完全領悟到這件事。
【完整內容請見《科學人》2010年第101期7月號】
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