时间谜题概率的不可逆

　　尽管在数学上，时间维跟空间维没有什么区别，但是在我们的意识中时间和空间却是迥然不同的东西。生物选择了在三个空间维度中进化了数十亿年，在它之中只有这三个空间维度的概念，其它的维度都被赋予了另外的意义，时间就是一个例子。
　　正如我们只认为可见光才是真正的光一样，尽管它只是光谱中极其有限的一小部分。WIFI也跟光是一样的东西，但我们叫它无线电波而不是光。同样的，我们已经深深的习惯了三维的世界，其它的维度都已化作另外的理解，深深的蜷缩在我们的意识中。即便是对于基本粒子，我们也始终将其想象为三维的小球，而把额外的维度理解成它们的基本物理属性，如质量、电荷、自旋等。直到弦论的出现，人类才认识到质量、电荷、自旋正是由微观粒子的其他维度的几何结构来决定，这是物理学上极其深远的洞察。
　　时间一直是人类永恒的谜题，因为人类无法像感知空间那样感知到时间，只能通过对空间中物体的运动变化以及对这些变化的记忆来标度时间。尽管现在先进的铯原子钟已经可以利用原子内部的电子在两个能级间跳跃时辐射出来的电磁波作为标准，去控制校准电子振荡器，进而控制钟的走动，以至于可以精确到500万年才相差1秒，但是我们依然不知道时间的本质。
　　铯原子钟
　　牛顿的绝对时空观认为时间及空间是独立存在的，时空的特性不受物质运动的影响，是绝对不变的。尽管这种朴素的时空观现在看来是狭隘的、错误的，但显然牛顿在思考这个问题时，已经意识到物质世界万物的发展必然是依托于某种背景的，而这种背景是永恒的、绝对的、超越于变与不变的，他把时空设定为这种背景只不过是受限于当时的科学思维。
　　进入20世纪，爱因斯坦的广义相对论让人们对时空有了更深刻的认识，他把时间看成同空间一样的维度，并同空间中其它三维一起组成相互联系的时空连续体，而质量及能量可使此连续体发生曲率变化，从而导致引力，引力被理解为四维时空的表面张力，而时间被理解为跟其他空间维没有本质区别的第四维度，只不过这个维度包含着事物发展的整个过程。但是这个解释依然有很多问题存在，例如时间方向问题：在广义相对论中时间是对称的，这意味着时间反演同样符合理论，可时间似乎总是沿着一个方向延展，而这种方向性与我们的记忆又似乎存在某种内在联系，很明显我们只能记住过去，而不能记住将来，这被称为心理学时间箭头。
　　时空连续体
　　有一种观点认为，时间的本质是宇宙中物体的相对运动，而方向性是由因果联系的单向性决定的，因为人的记忆系统跟物质运动都受同样的因果律的支配，所以自然产生了统一的方向性。我们知道运动是相对的，假如宇宙中只有A和B两个物体，且两者做相对运动，A的运动就只能由B的运动来彰显，反过来也是如此，且这种相对性遵循数学变换。单独考察A及B我们得不到任何的运动概念，因为任何物体相对于自身都是绝对静止的。当宇宙中的物体复杂到一定程度时，这些相对关系就组成了极其复杂的网络，尽管人类可以选取一个参照物作出对其他物体运动的描述，但这种描述本身也蕴含了复杂的人脑神经网络相对于周围世界的运动和变换，一个单独的部分的运动必定影响到整体中其它部分。如果时间确实是宇宙中物体的相对运动，那么时间的相对性就具有更加普遍和深刻的意义，人类意识中的时间可能就是宇宙的整体运动在人脑中的投射。
　　爱因斯坦晚年的信件中曾经表达过自己对时间本质的认识，他认为时间只不过是人的主观感受，并不实际存在于物理世界中，即时间方向只是一种心理学时间箭头。我相信爱因斯坦这种认识不是一个年迈的老者在生命即将走到尽头时对物理学的绝望，而是在对时间的相对性思考了一生的感悟。也许我们正如时间列车上的一个乘客，坐在背朝着行驶方向的位置上，看到的只有过去而没有将来，我们过于沉浸过往的风景，而忘记了可以转身面向未来。
　　爱因斯坦
　　但遗憾的是目前科学对意识运作的了解还处于相当初级的阶段，所以我们很难通过纯粹的物理学来解释这种时间箭头的产生机制，只能较为粗略的感受到这种箭头与因果有关，因为一个非常明显的事实是：未来总是由过去发生的事情导致。当然我们不能排除因果性也是我们的主观感受的可能，现在我们似乎又陷入了绝对唯心主义的泥潭，但幸好1977年诺贝尔化学奖获得者普利高津的发现又带给我们一线曙光。
　　普利高津
　　普利高津的耗散结构理论揭示了时间的方向似乎来自于非平衡热力学系统的不可逆性，指出了时间方向是一种热力学时间箭头。在非平衡系统中，与外界有着物质与能量的交换的情况下，系统内有许多变化着的因素，它们相互联系、相互制约，当各要素存在复杂的非线性相干效应时就可能产生自组织现象，普利高津把这种条件下生成的自组织有序态定义为耗散结构。通过研究发现，一个典型的耗散结构的形成与维持至少需要具备三个基本条件：一是系统必须是开放系统。孤立系统和封闭系统都不可能产生耗散结构；二是系统必须处于远离平衡的非线性区。在平衡区或近平衡区都不可能从一种有序走向另一更为高级的有序；三是系统中必须有某些非线性动力学过程，如正负反馈机制等，正是这种非线性相互作用使得系统内各要素之间产生协同动作和相干效应，从而使得系统从杂乱无章变为井然有序。
　　也就是说，系统的发展过程完全可以经过突变，通过能量的耗散与系统内非线性动力学机制来形成和维持与平衡结构完全不同的时空有序结构，这就是耗散结构理论的精髓之所在。一个耗散系统必须不断地从外界引入负熵，以抵消对象体内正熵的增加，从而确保对象不断地走向更高层次的稳定有序结构。普利高津认为相对论具有局限性，因为它是建立在可积的闵可夫斯基空间的基础上的，因而该理论是时间对称的，但使用量子理论，可以推广到使用不可积系统证明时间的天然不可逆性，正是这种不可逆性决定了时间的方向。普利高津认为我们的世界是一个由概率定律支配的不断建构的世界，生命和物质沿时间方向不断演化，使我们从一个存在的世界走向一个生成的世界。
　　这就给了一个将心理学时间箭头与热力学时间箭头统一在一起的解释，我们对时间方向的心理学时间箭头，正是由我们头脑中的热力学时间箭头所决定的，即我们必须在熵增加的顺序上才能将事物记住。而熵随时间的增加其实是因为我们的大脑只能在熵增加的方向上测量时间，这句话实际上表明了时间是由概率的不可逆导致的熵增。对应于物理世界，就是热力学第二定律及因果律。对于人的意识来说，就是一种主观感受，因为意识可以依据这种不对称性区分过去和未来。我们讨论时间的方向实质上是在讨论一个孤立的概率系统，这个系统涵盖从简单有序到复杂无序的整个变化过程，人类意识是这个变化链条中的一环，它通过破碎周围有序的结构吸取更多的能量，试图建立一个更加稳定有序的世界，这个过程就像一个孩子推倒周围的积木，而只选出其中的一部分重新搭建一座摩天大楼，整个过程本身是一个不可逆的过程，而反映在人的意识中则表现为时间的流逝。一个更为普遍的例子是玻璃杯被打碎的过程，破碎的杯子比完整的杯子更无序，杯子整体的有序结构被肢解，变成了杯子碎片各部分之间更多的关联，即两块相邻碎片的边缘可以准确吻合。在系统原始有序的结构中，部分之间具有某种连续性，从有序到无序之间的转化使得部分之间的连续性断裂，在断裂的过程中整体的连续性转变成了离散的部分间的相关性。从某种意义上说，复杂系统的结构转换都对应于拓扑学系统的性质，熵增也意味着系统结构的连续性向离散性的转变。
　　稍微懂一些软件编程的人都知道，如果要用程序构造一个物体，比如画一个圆，一定要先制定一个算法，这个算法需要先确定圆周上点所满足的规律；然后需要给出一些初始参数，比如圆心，半径；最后需要做一个循环，把符合条件的点打印出来。这里有三个关键的要素：规则，参数，时序，规则和参数我们比较容易了解，时序就稍微复杂一点，它本质上是程序创造的时间，有了这个时间，才能把规则表现出来，否则，规则永远都是连续的抽象的可能性。在创造一个新世界的时候，虚拟的时间是必不可少的，它实际上是把抽象的连续转变为离散状态用以展现。但是通过类比，我们也能发现，这个时间其实是依赖于这台计算机所在的世界的时序的，程序中的循环或定时器，始终由计算机本身时钟标度，计算机中的所有物体都是在这个时钟标度下运行。这看起来跟爱因斯坦的相对论不同，好像又回到了牛顿的绝对时间概念之中，其实不然，假如我们的宇宙正是这样一台超级计算机，那么宇宙的所有的事物都由超小的单位时钟驱动，不停地描画宇宙的每一个细节，使得我们的世界得以形成，并展现出宏观的世界，这个宏观世界中包括我们。
　　而我们为了观测宏观世界，根据宏观物体的运动又设计了自己的时钟，这些时钟常用的单位是秒，这些宏观物体的运动显然是符合相对论的，但是我们永远不要忘记我们都是由构建这个宇宙的超小时间单位驱动的，这些超小时间单位只能由构建我们这个宇宙超级计算机的时序来决定，我们对此无能为力。也就是说不仅时间的长短是相对的，时间的概念其实也是相对的，我们定义的时间本质上不同于构建我们这个世界的超级计算机所使用的时间。这也是为什么尽管我们定义的时间可以让我们在接近光速的飞船中相对于外面的观察者变得非常缓慢，但我们在飞船中却毫无察觉的原因，因为我们必须沿着基础时序进行运转，而这个基础时序是整个宇宙展现及运动的基础。换句话说，这个基础时序参与并创造了我们，它存在于我们的意识和一切事物之中，但它不是我们可以决定的，我们能做的只是定义我们自己的时间并用以量度我们周围的世界。我们会发现我们的时间与尺度、速度有很大的关联性，在越远离我们的尺度及速度之外的宏观或微观世界，我们的时间的相对性就越发明显。
　　世界内部都包含了规则及时序。规则规定了可能性，时序驱动可能性的表达，它构建了世界的因果律。世界中的观察者只能定义自己的时间，并近似的对因果律进行解释。在我们的宇宙中，这种基础时序就表现为概率的不可逆，在热力学中表现为熵增，在心理学中表现为我们只能记住过去而不是将来，每个观察者只能用自己定义的时间量度周围的运动，这种时间无可避免的表现出相对性。换句说，人脑是无法直接感知这个基础时钟的，因为意识本身就由它驱动。