时间不是“流动”的——为什么只有未来会到来？由“信息”产生的时间之箭的新情景

时间不是“流动”的——为什么只有未来会到来？由“信息”产生的时间之箭的新情景

1) “时间流逝”是理所当然的事，应该如此

秒针在走动，早晨来临，夜晚降临。我们生活在一个“过去→现在→未来”单向列车的轨道上。出生、变老、死亡——顺序不会颠倒。因此，时间看起来像空气一样，是“从一开始就存在”的基本构成要素。


然而，物理学在过去100多年里一直在为这个“理所当然”而苦恼。时间确实可以被测量。但是，当试图用世界的基础方程来统一解释“时间是什么”时，事情就变得模糊不清。


2) 相对论让时间“伸缩”，量子论将时间作为“前提”

第一个冲击是相对论。时间不是一个对所有人都绝对的流动，而是会因重力和运动而改变。不同运动的观察者无法协调“同时性”这一事实，悄然破坏了我们的直觉。时间与空间结合，成为“四维时空”的织物。


另一方面，量子力学则更加简洁。量子方程描述了“如何随时间变化”，但不涉及时间本身的起源。时间被默认为一种外部的“背景时钟”，静静地借用。


在这里，出现了严重的分歧。当尝试将重力（相对论）和量子（量子力学）放在同一平台上构建“统一理论”时，时间可能会从方程中消失。宇宙看起来像是“冻结的画面”——这就是著名的“时间问题”。


3) “因为熵增加，所以时间前进”——最后一步仍然缺失

解释时间之箭的经典方法是热力学。杯子破碎并散落，但碎片不会自行恢复。混乱（熵）增加的方向看起来是“未来”。记忆只能在过去形成，这与不可逆性有关……人们倾向于这样认为。


然而，这里仍然有“作业”未完成。微观的基本法则（量子方程）并不区分过去和未来。时间的方向在加入大量粒子的统计和环境相互作用时显现。更棘手的是“为什么宇宙从低熵开始”的初始条件问题。尽管散乱状态占绝大多数，宇宙为何拥有如此“整齐的开端”？


4) 因此浮现出“信息革命”——信息不仅仅是“账簿”

近年来的“静悄悄的革命”将信息推上了主角位置。过去，信息是整理状态和概率的便利工具（数学备忘录）。但在热力学、量子和重力交汇的地方，仅将“信息视为抽象物”会导致矛盾。


一个象征性的例子是黑洞。如果黑洞通过霍金辐射热蒸发，那么掉入其中的物体信息似乎“作为热量丢失”。但量子理论不允许信息完全消失。这就得出结论“信息不是任意的，而是物理本身”。消除信息需要能量成本，保存和记录需要物理资源——信息不是世界的账簿，而是世界的一部分。


此外，连接重力和热力学的讨论也推动了这一观点。出现了一种从熵和信息原理推导时空几何（曲率）的想法，暗示重力可能不是“根本的力量”，而是“显现的性质（涌现）”。就像温度从分子集体的行为中升起一样，重力和时空可能也从更深层次升起。


5) 时空是“记忆介质”——宇宙不会忘记事件

本文提出的核心在于，将时空本身视为记录信息的媒介。不是相对论描绘的连续光滑的时空，而是由有限容量的“离散元素”组成的层，其中保留了量子信息的痕迹——这是一个想象。


重要的是，“记录”不是比喻，而是一种立场。相互作用必然会向环境泄露信息，留下痕迹。理论上可以逆转方程，但实际上要完全逆转包括“散布在周围的信息”几乎是不可能的。破碎的杯子不会恢复，不仅仅是因为“混乱”，而是因为事件已经被写入宇宙的各个角落。


因此，宇宙不仅包含“现在存在的东西”，还包含“过去发生的事情”。相互作用多的区域包含许多信息痕迹，少的区域则接近“空白”。时空不是中立的舞台，而是限制并塑造下一事件的参与者。


6) 时间不是“背景”，而是“结果”——不可逆的信息积累产生顺序

这部分深入探讨“时间的本质”。不是从一开始就设定时间，而是从事件的不可逆“信息写入”中建立时间的顺序。


思路很简单。每次相互作用发生时，宇宙中都会刻下信息。刻下的信息在热力学和量子的限制下“全球性地无法消除”。这种“无法消除的记录增加”提供了事件的自然顺序=时间之箭。早期状态记录少，晚期状态记录多。未来和过去的区别在于，宇宙拥有关于过去的信息，而对未来则没有，这种不对称性显现出来。


这一框架的挑衅性魅力在于，它不依赖于熵的“初始条件抽奖”。即使不先假设宇宙从低熵开始，也可以说“只要发生相互作用，信息被不可逆地刻下，时间就会前进”。


7) 甚至暗物质也是“信息的痕迹”？——雄心勃勃的统一气息

更进一步，这种“信息积累”也影响重力。如果时空的曲率不仅依赖于质量和能量，还依赖于量子信息（特别是纠缠）的分布，那么记录了许多过去相互作用的区域可能会更强烈地弯曲（表现得像重力更强）。


作者指出，银河旋转等现象中要求的“不可见重力”可能不是未知粒子（暗物质），而是“时空中积累的信息残留效应”。暗物质、暗能量、时间之箭都来自同一个“不可逆的信息写入”——这句话象征着整篇文章的雄心。


当然，这也是讨论最激烈的地方。暗物质是天文学和宇宙学的观测“现象束”，解释不仅限于粒子假说，但替代方案仍需经过严格验证。越有吸引力的统一，验证的门槛也越高。


8) 不要止步于“像哲学”：如何测试

时间理论常被称为“更像哲学而非科学”。但文章试图深入探讨可验证性。


首先是黑洞。如果信息不消失，落入物体的信息应在视界“前”刻入时空，蒸发后仍留下影响。霍金辐射可能不是完全随机的，而是微妙地反映黑洞的“历史”。虽然现有技术难以实现，但目标是明确的。


其次是实验室。在量子计算机等控制系统中，即使基础方程是可逆的，信息的写入、扩散和回收方式也会生成“有效的时间之箭”。将宇宙规模的讨论降至实验室规模的尝试是重要的。


9) SNS的反应：引人注目的是“宇宙将时间写入自身”这句话

 


文章传播时，人们的反应主要分为两大类。


其中之一是“诗意而有力的一句话”。结尾的“时间是宇宙不断写入自身的东西”这一句容易被引用。实际上，在X（旧Twitter）上，可以看到引用这句话并对时间观念的颠覆感到惊讶的帖子。


另一个是“全包感”。不仅是时间之箭，还试图将暗物质和暗能量放在同一平台上的姿态被视为刺激性的。在X的帖子片段中，也可以看到提到暗物质、暗能量和时间之箭来自同一过程的动向。


在偏技术的社区中，比喻迅速被转换为“工程化”的方向。在Hacker News的线程中，有人开玩笑地将宇宙比作“版本管理系统”，或将光速视为“通过空间的信息传输延迟”。此外，还有人提出“如果相互作用积累，旧银河会变成黑洞吗？”这样简单但尖锐的问题。


最重要的是，“被触动的人”的直率感想被可视化。“第一次读到将时间与信息和重力结合的文章，非常有说服力”这样的评论会吸引读者朝着“难但有趣”的方向前进。


另一方面，SNS上的热潮不仅取决于内容的严谨性，还因“语言的力量”而被放大。时间和宇宙学本身就具有强烈的浪漫磁场。因此，这究竟是“走向验证的理论”，还是“有吸引力的统一故事”，将由未来的理论整合和观测实验的积累来决定。


10) 总结：走向不以“时间”为前提的物理

本文提议的是，从将时间作为“流动的东西”放在首位的世界观，转向将时间作为“宇宙记录的增加”后起的世界观。时空保存信息，相互作用留下不可消除的痕迹。因此，事件有了顺序，我们称之为“时间的流逝”。


如果这种观点是真实的，那么时间之箭、黑洞信息问题、重力的涌现，甚至暗物质和暗能量都有可能被一条线连接起来。当然，连接得越紧密，验证就越困难。然而，推动“时间不是背景”这一问题，以信息这一具体物理量为基础的尝试，至少拥有“静悄悄的革命”所需的热度。


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