时间会不会只是一种幻觉？

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一大早，我们一把抓过外套，拿起包和钥匙，急匆匆地出门上班——可能还会瞥一眼墙上的钟，确认时间是否充裕。时间的流逝是我们日常生活中避无可避的组成部分，即便你有意不去想它，都会有所感知。

这一切似乎都合情合理，但如果我们转而询问物理学怎么从根本上解释时间流逝，就会发现这个问题其实相当棘手。

阿尔伯特·爱因斯坦的相对论扭曲了时间，而量子理论则似乎完全没有考虑时间问题，现代物理学的其他理论无法令人满意地解释时间流逝问题。牛津大学娜塔莉亚·阿瑞斯（Natalia Ares）说：“这是科学最大的谜团之一。”

不过，物理学家一直在探索这个问题的答案，并且提出了各种猜想，其中一个最为大胆的如今又重新获得了重视。

早在20世纪80年代，物理学家就提出了一种假说：时间是一种幻觉，是量子力学的奇特原理在本无时间的宇宙中构造出来的。这就是彼时令所有人都眼前一亮的“佩奇-伍特斯机制”，但当时没有任何检验办法，所以便无疾而终。

如今，40年过去了，对时间流逝问题的新研究终于让我们可以细致考察这个假说了。另外，种种迹象表明，黑洞可能在时间流逝问题中扮演了神秘角色。

研究一下现代物理学的各种定律和方程，提示时间只能往一个方向流动的唯一线索来自热力学第二定律。这个定律指出，熵（衡量无序程度）总是倾向于增加。这就是为什么牛奶一旦倒到咖啡里就不能分离出来了、城堡坍塌成废墟后也无法自发重组成型。

这些结论当然很不错，但还远谈不上完美解释时间的本质。例如，按照热力学第二定律，宇宙的起点不太可能是一种有序的低熵状态，而这就是物理学无法解释的。

再来看看爱因斯坦的广义相对论，这个理论把时间和空间融合成一种灵活的思维结构，而且这种结构会在质量和运动的影响下扭曲。

在广义相对论框架下，一些令人头大的效应产生了，比如山顶上的时间流逝得比海平面区域快，因为山顶的引力更小。另外，在某些极端场景下——比如以接近光速运动的物体——不同观测者甚至会对各种事件的发生顺序产生分歧。爱因斯坦认为，只有当过去、现在和未来都像翻开的书页一样并排存在，这样的结论才说得通。

如果说相对论模糊了我们对时间的认识，那么量子理论就几乎完全抹去了时间的概念。

在量子理论中，时间并不是什么不可分割的东西，而是一种在背景中滴答作响的附属物——理论上，许多量子过程都可以在传统的时间意义上双向发生。量子理论与测量密切相关，但与位置、动量、能量等物理属性不同，时间不能直接测量。我们可以测量粒子的位置，但永远无法知道它的时间。

美国国家标准与技术研究所物理学家尼克尔·哈尔彭（Nicole Yunger Halpern）说：“时间是一个怪人，它看起来更像是我们手工添加的理论元素，而不是我们可以测量的量子系统的某些自然属性。”

如此种种让部分物理学家产生了一种激进的想法：时间会不会只是一种幻觉，肇始于某种我们还未知晓的更深层次结构？

佩奇-伍特斯机制

正是这个想法迫使物理学家唐·佩奇（Don Page）和威廉·伍特斯（William Wooters）在1983年提出了他们眼中的真实时间面貌。和爱因斯坦一样，他们也把整个宇宙视为单一静态物件。

不过，与广义相对论把时间看成并排的翻开书页不同，佩奇和伍特斯假设宇宙是一个巨大的量子波函数：一种编码了宇宙一切可能的庞大数学结构。在这个波函数中，每个粒子和它们可以运动的每一个方向，以及每一个场都可以折叠进一个波包中。而这个波函数本身并不会运动，它与时间无关。

接着，佩奇和伍特斯又把这个“冰冻”的结构一分为二。他们称，其中一半描述我们能观测到的一切“东西”：物质、运动、现实的混乱等。另一半则起到了内部钟的作用。连接这两个部分的是量子物理学中的一个怪异特征——“纠缠”，即两个处于纠缠状态的物体联系紧密，其中任何一个发生变化都会立刻影响另一个。

佩奇和伍特斯证明，在他们提出的这个一分为二的结构中，时间借助纠缠出现。

时间可能肇始于纠缠这种奇怪的量子现象

想想躺在桌子上的故事手稿，它就没有时间概念：故事的开头、中间和结尾都已经写就。可是，要想读懂整个故事，就一定要按照正确的顺序阅读手稿书页，页码就提供了一种将人物、情节、动作及其他静态元素联系起来的结构。佩奇和伍特斯提出，宇宙可能也是按照类似方式运转的。

宇宙这个巨大波函数中编码现实内容的部分就像书页上的文字。另一个具备时钟功能的部分就起到了页码的作用。正是这两个部分结合起来才创造出了时间展开的体验。以色列特拉维夫大学西蒙·利亚维茨（Simone Rijavec）说：“我觉得这个解释相当有说服力。”

甚至有迹象表明，这个想法并不是凭空捏造出来的空中楼阁。

2024年，意大利国家研究委员会宝拉·维鲁奇（Paola Verrucchi）根据佩奇-伍特斯机制构筑了一个简洁的数学模型，将一个由微小磁铁阵列制成的时钟同一个性质类似弹簧的量子系统置于纠缠状态之下。

从外部看，这个系统是静态的，保持在恒定能量的某个固定量子态中。不过，相对于时钟部分来说，这个类弹簧量子系统肯定是在拉伸、收缩的，展示出似乎存在时间顺序的变化。至关重要的是，当这个装置扩大时，相关效应仍然成立，这意味着纠缠现象产生的时间错觉即便在更大尺度的经典物理领域也仍然可能存在。

维鲁奇说：“从这个模型出发，你可以推导出一切我们知道切实有效的运动方程。”换句话说，佩奇-伍特斯机制的根本前提似乎的确是成立的。

不过，在根本上，佩奇-伍特斯机制还是留下了很多有待解答的问题。

其中，最基础的是，佩奇和伍特斯从来没有真正明确他们所说的“钟”到底应该是什么，也没有说明它是否同我们在日常生活中司空见惯的物理钟有什么相似之处。

另外，他们也没有充分解释我们熟悉的时间体验是怎么从这张量子纠缠网络中诞生的。

另外，纠缠通常是一种非常脆弱的联系，那么如果我们持续不断地同佩奇-伍特斯宇宙中的内置时钟纠缠在一起，为什么时间的流逝这么顺畅？我们的观测竟然从未对这种纠缠状态产生干扰？

量子时钟是怎么工作的？

几十年来，佩奇-伍特斯机制深深地扎根在理论和思想实验领域，缺少实证。不过，现在，越来越多的研究把这个想法拽入实验室，提出了不少可以检验的问题。这股浪潮的一部分推动力来自一个意想不到的方面：量子技术。在过去十年中，量子计算机、量子传感器和其他设备都已经成熟起来，跨越了概念验证阶段，进入了一个依赖更精细控制的时期。

对这些量子技术的发展来说，技术是一个关键瓶颈。在物理学史的大部分时间中，时间总是理想当然的。然而，在2017年，一支研究团队证明，计时的成本虽然小但真实存在。

他们证实了，时钟并不真的是直尺那样的被动测量设备，反而更像发动机——从某种意义上说，计时需要做功并产生热量。在经典设定中，这些热量小到可以忽略不计，但在量子领域，即使是最微小的热量也足以让时钟停止计时。

奥地利维也纳技术大学的马库斯·休伯尔（Marcus Huber）与阿瑞斯合作研究了时钟被推向量子极限时会发生什么。休伯尔说：“我们努力把注意力全部放在时钟本身上，它需要什么样的资源才能运转，局限又在哪里？”

时钟并不一定就是两根互相绕转的指针。在历史上，中国就采用过烧香计时的方式

理解量子时钟的运作机制有助于我们拓宽对时钟的认识。时钟并不一定需要指针或齿轮。原则上说，你也完全可以通过咖啡冷却的速度以及脸上的皱纹来判断时间。

休伯尔说：“从根本上说，时钟是一种产生不可逆事件的设备，而且这些事件可以记录在寄存器中。”而不可逆事件会让熵增加，这就是为什么时钟——即使是再小的时钟——也会释放热量。不过，这同样也意味着你可以通过研究时钟产生了多少熵来判断它计了多少时。

实际上，在过去几年里，休伯尔和他的合作者们就是在做这件事，用的是我们能想到的最简易的时钟，仅由几个原子构成。

2021年，他们描述了时钟精度与其产生的熵的量之间的换算关系。总的来说，时钟走得越频繁，它产生的熵就越多。一个把一分钟完美分成60份的时钟产生的熵多于把一分钟分成三份的。

2025年，他们还建造了一个利用随机量子过程计时的钟，它能做到在几乎不产生熵的前提下运转。不过，即使是这样，也还是有一个问题。从时钟上读出时间——从时钟提取信息——也会产生熵。

这些实验并不仅仅是为了提升计时技术。休伯尔把它们看作探索更深层问题的工具。他说：“我们希望这种针对时钟的操作性定义能帮助我们了解时间本身的性质。”

其中就包括重新审视佩奇-伍特斯机制。休伯尔并不打算把佩奇-伍特斯提出的这个横贯宇宙的纠缠时钟纯粹看作数学对象，而是看作一个与其他所有计时器一样遵循相同规则的物理系统。如果能够明确适用于所有类型时钟的各种有关精度、熵和可逆性的规则，那么原则上这些规则也应该适用于抽象的佩奇-伍特斯结构。

有些物理学家把过去、现在和未来想象成一系列同时并排放置的静态画框

休伯尔的团队现在正努力设计实验以实现这个目标，他们使用处于纠缠状态的量子系统（比如原子云）在实验室中模拟佩奇-伍特斯机制。然后，通过测量时钟释放的熵，他们就能触及一些基本问题，比如：在这样的量子系统中，时间究竟是平滑流逝的，还是像量子那样离散流逝。

这就是休伯尔横跨的两个世界之间的碰撞：其中一个致力于拆解时钟，另一个致力于探索时钟记录的时间本质。他说：“两个世界都有各自对时间的理解，而我认为我们正在慢慢接触一些两个世界交叉部分的东西。没错，我们现在可以好好研究时间的本质了，令人激动。”

当然，推进佩奇-伍特斯机制研究的不止休伯尔一人。利亚维茨和他的同事也在探索如何让佩奇-伍特斯时钟成真。利亚维茨说：“我们的起点是一个理论上成立的理想化时钟，现在的目标就是把它往现实的方向推进。”2025年，利亚维茨研究了如何在不破坏精致纠缠状态的前提下读取佩奇-伍特斯时钟。目前，他正在探索如何将许多不那么精确的时钟（而非理想化时钟）拼凑起来，给整个宇宙计时。

把黑洞用作宇宙的量子时钟

与此同时，维鲁奇认为，她已经在偶然间发现了大自然的终极时钟。在此前同意大利国家研究委员会亚历桑德罗·科波（Alessandro Coppo）的合作中，维鲁奇检视了理想化佩奇-伍特斯时钟的条件。她知道至少有3个条件是必需的：

1.足以追踪系统动态变化的能量；2.与外部环境隔绝，保证系统演化不会受到外界噪声影响；3.同计时对象发生纠缠的能力。

维鲁奇和科波在2026年刚提交的一篇论文中提出，自然界中就有事物满足上述三个条件：黑洞。这类能量极高的天体周围引力场极强，强到连光都无法逃脱黑洞视界，因此，黑洞似乎很难同外界发生相互作用。

不过，斯蒂芬·霍金（Stephen Hawking）在20世纪70年代证明，黑洞仍然可能同外部世界发生纠缠。假设黑洞视界处产生了一对纠缠的量子粒子，其中一个落入黑洞，另一个以辐射的形式逃逸出去。这样一来，黑洞内部就和外部联系起来了，或许就可以充当计时器。

维鲁奇说：“黑洞简直就是一个完美的时钟，你不可能和它发生相互作用，但同时却可以和它发生纠缠。”

那么，佩奇-伍特斯机制中负责时钟的那部分有没有可能就是黑洞？这个想法很大胆，但维鲁奇希望有一天能够真正检验它。

从原理上说，从研究量子时钟那儿得到的经验能够提供一个切入点。假如黑洞真的能成为几乎完全理想的时钟，那么它会和量子时钟一样，计时过程会在热力学领域以及它释放的辐射熵中留下印记，也就是在量子关联的传播方式以及信息的受干扰方式中呈现。

这也是维鲁奇和科波下一步的计划：分析他们构建的黑洞模型的热力学状态，并且寻找同量子时钟中看到的动力学熵类似的等价物。

在维鲁奇看来，上面提到的一切进展都强化了“时间并不基本，而是涌现出来的现象”的观点，并且还让她提出了一个更深邃的想法。许多物理学家猜测，热力学第二定律与时间的流动有关，毕竟它们都有不可逆的性质——总是倾向于从有序走向混乱。不过，虽然热力学第二定律称，宇宙的熵并不会减少，但也从来没有禁止宇宙熵保持为常数。因此，热力学第二定律仍旧无法解释时间为什么会流动。

然而，维鲁奇指出，自然的确有一个真正无法逆转的方面。在被测量之前，量子粒子存在于一大团由各种可能的结果构成的模糊之中。只有在被测量之后，量子粒子才会从这团可能性云中坍缩成一个确定的值。没人知道这种坍缩过程究竟是怎么发生的，但有一点可以肯定：坍缩一旦发生便不可逆。

维鲁奇现在猜测，这就是时间运作机制的关键。她说，时间之箭或许仅仅只是记录了哪些事物被测量了。我们通过与现实元素的相互作用——或者用物理学家的话来说，通过“测量”——知晓了各种事件的时间顺序，就像翻阅一本宇宙之书一样。我们存在于这个世界上，光是这一点就让量子现实坍缩成一个确定的状态，留下不可逆转的记录。

维鲁奇还说，如果时钟是记录测量结果的物理系统——而且，我们也是这样的系统——那么，我们或许不仅是观测了时间，更是参与了时间的形成：“当你询问时间是什么的时候，就在创造时间。”

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