時間是真實的嗎？——時間的物理學和形上學（下）｜莫貴龍

作者簡介：香港大學哲學碩士畢業，現為教師，正攻讀中文大學哲學文學碩士。興趣以科學和哲學為主。

在本文的上半部份，我們讀過一些哲學家質疑時間之真實性的理由，以及相關的，近年重新流行之現代論（presentism）時間觀。現在我們轉往科學的角度，如何否定以上之觀點。

2.    「時間是真實的」

2.1.    現在論的挑戰者：相對論

現在論面對的最大難關，還是物理中的相對論。

在相對論中，時間和空間相關，是時空（spacetime）的一部份，可用閔可夫斯基時空圖（Minkowski spacetime diagram）表達。【為簡單解釋，本文之圖中假設空間只有一維，但可擴展至真實的三維。】

現在論說，所有東西都存在於現在，就是說所有真實在發生的事件都是同時的。然而，在相對論中，由於光速絕對，觀察者的速率會改變其參照座標系（reference frame），而兩件事是否同時發生，是相對於觀察者的。【本人在網誌中寫了一個簡單的說明為何如此【註3】】見圖二：想像Y以一半光速離開X ，對於X來説，C、D、E三個事件是同一時間發生的，但對Y來說，E先於D而D先於C（見x’軸和C、D、E的關係）。於是乎過去、現在和將來都不是絕對的，而是相對於觀察者。現在論說宇宙只有一個時刻，似乎不可能解釋得到這個情況。

相對論有堅實的經驗證據，所以現在論在現代物理看來必定是錯的；同時性相對，意味著過去、現在和將來的事物都同樣地存在，這種存在也是「無時間性的」。這種對時間的解讀被稱為「永恒論」（eternalism）。提出相對論的愛因斯坦似乎也抱持類似觀點，他在友人貝索（Michele Besso）去世之後，在寫給其家人的信中說到：

「現在他比我稍早一點離開這奇怪的世界。那沒有任何意義。像我們這些相信物理學的人知道，過去，現在和將來間之區別，只是一種頑固不變的幻覺。」

（"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."）

雖然如此，近年還是有少數哲學家和科學家，認為現在論不一定錯，並嘗試為之辯護。他們有些認為同時性相對的現象，不一定要用不同之參考系解釋，還可由「新洛倫茲詮釋」（neo-Lorentzian Interpretation） 解釋；另外一些索性放棄共存的傳遞性（transitivity of coexistence），說每一個觀察者都有自己的主觀現實。前者假設一個沒證據的絶對參照系，以及太多的輔助理論，後者則極度違反直覺，故不為大部份哲學家和科學家接受，在此不贅。【註1】

2.2.    科學怎樣解釋時間的現象

那麼，相對論的時空就是最終的答案嗎？

不得不承認，科學的時空和我們日常經驗的時間差別很大：時空中沒一個特殊的點，沒有一個「現在」；它也沒有解釋為何我們會在恒定之時空內，經歷時間之流逝。雖然有科學家認為，主觀經驗在科學理論中沒有地位，科學不須解釋它們；但作為人類，以上問題一天不解決，一天都會對我們縈繞不斷。以下我試從科學之角度，解釋日常時間的經驗。

（1）    「我們只能感知現在」

為何我們似乎只能直接感知空間內周圍的事物，卻非過去或未來之事物？仔細想想，我們會發現自己搞錯了整個感知的情形。

光速雖快，但仍是有限的，它由一點到另一點還是需時。當我看著我的手時，光從手反射到我的眼裡，這雖是極快的過程，但無疑現在我看見的，是我過去的手。其他訊息如聲音，都比光慢，所以我在每一刻感知到周圍的世界，都是過去的。這非表示我直接感知到過去，反是我們不能直接感知到現在周圍的環境；我能直接感知的，就只有時空中我身處這點上的東西。從這個角度看，時間和空間的分別其實沒那麼大。

 （2）    「時間不能被觀察，所以不是真的」

時間不能被感受，或如電磁波般被測量，以至有人認為它是人類構想出來的。然而十九世紀的波茲曼（Ludwig Boltzmann）也發現，熱能只是粒子運動之速率造成的，這不代表熱能不存在，因它可被量化，以及轉化為其他能量如動能。同樣，時間雖不能被直接測量，但也可以量化，於許多方程式之中作為一變量。

（3）    「時間會流動」

人們常說時間流動：未來的事物變成現在的，再變成過去的。然而物理的時空不會流動，當中的事件也不能在時空中移動；如圖三中所示，一個物體之移動，只是它在不同時間在空間有不同位置而已。那麼怎樣解釋「時間流動」？

我們認為時間會流動，可看成我們認為事物隨時間之變化下，想像時間之相對運動，情況就像我們在前進的車上，看到周圍境物倒退一樣。霍金在其《時間簡史》（The Brief History of Time）就嘗試如此解釋：因我們只能記憶過去之事而非未來之事，所以時間看來就有一個由過去到未來之方向，他稱之為「心理上的時間箭向」（psychological arrow of time）。所以，在這個解釋下，時間之流動只是心理作用之結果。

（4）    時間有方向

剛才提到我們只能記得過去而非將來之事情，這一般被理解成過去的事造成現在的記憶；一事件只能是之後事件之因而非果，這樣看來，時間和空間不同之處在於，時間有內在之方向而空間沒有。那麼，科學是如何看時間之方向？

時間是許多物理定律之方程中的其中一個變量。許多物理定律都是「在時間上對稱」（time symmetric）的，即無論在時間上往前或往後（t的值變大或小），都不會破壞方程和定律本身。然而這也有許多例外，如熱力學第二定律中熵（entropy）的值隨時間不會下降（然而此非基本物理定律）。

經科學家多年之研究，現時發現所有的基本物理定律都有「CPT對稱性」。CPT的意思是電荷、宇稱和時間（Charge, Parity and Time），其中「宇稱」是指空間方向之正反；「CPT對稱性」意指此三者在一物理定律中同時轉換時的對稱性，即雖然物理定律於時間上未必對稱，在CPT上卻是對稱的（至少現在的觀察如此）。

20世紀物理學家費曼（Richard Feynman）認為CPT對稱意味著，一粒子的運動等同其反粒子（antiparticle）在時間中逆行（例如正電子是電子的反粒子）。【註2】 所以時間是否有內在之方向，以及為何它有方向，到目前為止還是一個謎。

3.    結語

奧古斯丁（Augustine）在其《自白書》（Confession）中說到：「時間是甚麼？如果沒有人問我，我知道；如我想向問問題的人解釋，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."） 和許多哲學難題一樣，時間這熟悉的東西也是來得「這麼近，那麼遠」。

時間是真實的，還是只是我們理解自然之方式？相對論似乎否定了現在論，並肯定時間的客觀存在。然而，物理的時間和我們日常理解的時間其實十分不同：物理的時空沒有「現在」也不會流動，時間和空間也是相對於觀察者的。時間是否有方向，以及為何如有方向，到目前也是個謎；我們與了解時間之間還是有一大段距離。

我們對時間之探索，指向了一種超越時間的存在。這種存在需與時間性的存在區分開來：在永恒論下，過去和未來的事物雖不於現在存在，但其還是在時空中以某方式存在。

時間既是宇宙和現實之根本，但又虛無飄渺，故它同是物理和哲學中形上學之課題，是兩個學科相交之處。物理學家透過觀察和數學，描述宇宙的規律和結構，而哲學家則擅於透過思辨，探尋現實之本質和結構，細察各理論之優劣；只要基於理性，追求現實之真相不應局限於身份和方法，如兩個學科能交流互補，我們對真實的認識和理解將有長足之進步。

參考

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

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

【註3】[進階物理] 狹義相對論的同時性”  https://adrianmkl.blogspot.com/2018/03/blog-post_18.html

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