目前物理学无法回答的问题：时间到底是什么？

Rose

时间是一个意识吗？
时间是一个哲学问题吗？
或者时间根本就不存在，它只是人脑的一种想象。
那么，为什么时间出现在很多物理公式里面？

原文地址：https://www.zhihu.com/question/465464618

同花顺

在一个不断膨胀的球的表面有一只蚂蚁在爬行。当他从a点爬到b点以后，当他想从b点返回a点的时候，他发现无论他怎么做都无法办到。他不明白发生了什么事情。于是他创造了一个概念叫做时间，他认为自己正在经历时间，并创造了时间的第一定律-时间不可逆。他发现如果他的爬行速度足够快的话，它会停留在某个固定的时间点上，保持不动，他将这一极限的爬行速度命名为光速。于是他发现了关于时间的第二定律-以光速运动时间停滞。当他有一天学会在球面上打洞以后，他发现通过这个洞他回到了过去，他管这个洞叫虫洞。于是他发现了关于时间的第三定律-虫洞是进行时间旅行的通道。

队长是我

时空是如何涌现的？

根据背景部分的内容大概可以知道，时空的概念和一些深奥的物理学原理相关联。
DeePhy：[物理科普] 时空的秘密——1.背景现在我们取一个中间位置，就是广义相对论这个层面。在这个层面上，时空就替代空间成为了整个宇宙的背景。但是前面也提到了，广义相对论也存在不足之处和它无法解释的物理现象。因此，有一部分物理学家思考了一个问题：时空是不是基本的？有没有可能有更基本的结构涌现出来的？
目前，爱因斯坦的广义相对论是物理学家心中最好的引力理论，它描述了物质如何扭动空间和时间。而量子物理则是关于其他所有事物的最佳理论，使用量子理论描述物质、能量和亚原子粒子的性质时，结果准确得令人惊讶。然而这两个理论并不能完美融合。为了探究所提出的问题，物理学家们提出了很多理论来联系广义相对论和量子理论，其中两个比较知名的理论是弦理论和圈量子引力理论。通过这两种理论，物理学家们试图在广义相对论和量子力学这两种不同的理论之间搭建其桥梁。



弦理论中的时空涌现

在弦理论的设想中，由于反德西特（Ads）/共形场（CFT）之间的对应，时空是从更基本的实在中涌现的。CFT可以想象为三维球体的二维表面，而Ads在其内部。在表面上，粒子通过量子纠缠相互关联，这种关联在内部生成了彼此相邻的空间区域。纠缠越强烈，这些空间区域越接近。



圈量子引力中的时空涌现

在圈量子引力中，时空不是连续的：当你足够靠近它时，时空是由时空块或“原子”组成的，而不是平滑的。这些基本组分通过它们之间一维的弦和二维的面相连接，生成了我们感知到的连续时空。这些链接生成了被物理学加称为“自旋泡沫”的结构。
弦理论




三根弦与它们所充当的相应粒子一起以不同的频率振动。 图源：Medium

最早接触弦理论的概念还是在美剧《生活大爆炸》中，也就是当时谢尔顿的研究方向。在当今物理学家中，最受欢迎的量子引力候选理论就是弦理论。在该理论中，弦是物质和能量的基本载体，再由它们产生大量的亚原子基本粒子，这些粒子通过世界各地的粒子加速器都可以观测到。弦论甚至也可以解释引力，其中包含理想假设的“引力子”（携带引力的基本粒子），它们是引力产生的根源，也是理论得出的必然结果。
但是弦论很难理解，数学家和物理学家花了几十年时间去探索这个领域，它的许多构造仍然是未知的世界。在这个新兴领域中，从一个系统到另一个系统的对应，也就是数学上的对偶，成为了主要的导航技术。弦论认为，当你把一个维度塞进一个小空间里，最终将会在数学上等价的得到一个大维度的世界。根据弦论，这两种状态是相同的，你可以在这两种状态之间自由地切换，利用一种状态中的技术取理解另一种状态的运作。
对于许多弦论学家来说，类似的对偶性表明了空间本身是涌现出来的。这种观点起源于1997年，当时美国普林斯顿高等研究院的物理学家胡安·马尔达西那（Juan Maldacena）发现，一种广为人知的量子理论——共形场论（CFT）和广义相对论中一种特殊时空——反德西特空间（Ads）存在对偶性。这两种理论是截然不同的，CFT中没有丝毫的引力，而Ads中遍布着爱因斯坦理论中的引力，然而相同的数学可以描述这两个不同的世界。Ads/CFT对偶为我们提供了一种真实的数学链接，它连接起了量子理论和布满引力的整个宇宙。
奇怪的是，在AdS/CFT对偶中，AdS空间比量子CFT 多出了一个维度。但是，物理学家却非常享受这种不匹配。因为它恰恰完美地呈现出若干年前发现的另一种对偶，那就是荷兰乌得勒支大学的物理学家赫拉德·特·霍夫特(Gerard'tHooft)和美国斯坦福大学的伦纳德·萨斯坎德(Leonard Susskind)提出的全息原理。基于黑洞的一些独特特征，特·霍夫特和萨斯坎德猜测，空间一个区域的性质可以完全由其边界来“编码”。一个黑洞的二维表面包含所有的信息，通过这些信息我们能够洞悉到其三维内部——就像全息照相一样。
关于宇宙全息相关内容可以阅读：
DeePhy：[物理科普] 如果宇宙是全息图，这种被遗忘已久的数学可能揭示其奥秘类似的，在 AdS/CFT 对偶中，五维内部 AdS 空间的所有信息都编码在四维边界 CFT 中。在这个体系中，整个时空域是由共形场论的量子系统各组分之间的相互作用构建出来的。马尔达西那将这个过程比作阅读小说，“当伽读一本书里的故事时，书里的人物有着各种各样的行为,他说，“但这些行为都离不开故事的主线，对么?各个人物的所作所为都可以从主线中推出来。书中的人物就好比内部 AdS 理论，而故事的主线就是边界 CFT。”
然而 AdS 空间中的空间又是从哪里来的呢?如果这个空间也是涌现的，那么又是从什么涌现出来的呢?答案是 CFT 中一种奇怪而特殊的量子作用：纠缠，物质对象之间一种远程关联将它们的行为以统计学上不可能的方式瞬间联系了起来。爱因斯坦把这种困扰他的量子纠缠称为“鬼魅般的超距作用。距离似乎无法对纠缠产生影响，这个谜题几十年来直困扰着许多物理学家。
然而，如果空间是涌现的，那么这种能够在大尺度距离下保持的量子纠缠就不神秘了——毕竟距离是可以构造出来的。美国普林斯顿大学的物理学家笠真生(ShinseiRyu)和日本东京大学的高柳匡(Tadashi Takayanagi)对 AdS/CFT对偶的研究结果表明，量子纠缠恰恰是在AdS 空间中构造出距离的首要因素。在对偶中，AdS这边的两个相邻空间区域对应着 CFT 的两个高度纠缠的量子组分，它们纠缠得越多，两个空间区域的距离就越近。
近几年来，物理学家逐渐认为这种关系同样适用于我们的宇宙。萨斯坎德认为空间两个部分之间的量子纠缠将空间维系在一起，使它们不至于分裂成分离的更小区域。空间的连续性和连通性源于量子力学中的纠缠。这样，量子纠缠就是空间最基本的结构，它形成了经线和纬线，进而构成了世界的几何。如果你能用某种方式破坏空间两部分之间的量子纠缠，那么空间就会裂开，那将是涌现的反面——湮灭。
如果空间是由量子纠缠构成的，那么要解决量子引力的难题就容易得多了：我们不用再以量子的方式去解释空间的扭曲，因为空间本身就是从基本的量子现象中涌现出来的。萨斯坎德认为这也是量子引力理论一开始那么难于发现的原因。量子引力没有成功的原因在于，人们从两个不同的东西——广义相对论和量子力学出发，试图把它们硬性结合到一起。但问题的关键在于，它们的关系太紧密了，不可能分开再重新组合。没有量子力学也就没有引力了。
然而，解释空间的涌现实际上才完成了一半的工作因为在相对论中，空间和时间是如此紧密地联系在一起任何解释空间是如何涌现的理论都必须同时解释时间。加拿大不列颠哥伦比亚大学的物理学家马克·范·拉阿姆斯东克(Mark van Raamsdonk)，同时也是研究量子纠缠和时空的联系方面的先驱，他说，时间也必须以某种方式涌现，但这一点目前并不容易理解它还是一个非常活跃的研究领域。另一个活跃的领域是用时空的涌现模型来理解虫洞。之前的很多物理学家曾经相信，即使在理论层面上，我们也不可能通过虫洞来运送物体。但在过去的几年里，致力于 AdS/CFT 对偶及类似模型研究的物理学家找到了新方法来构建虫洞。“我们不知道在我们的宇宙中是否可行,”范，拉阿姆斯东克说，“但在理论上存在某种可以穿越的虫洞。”2016 年和 2018 的两篇文章引发了这个领域的研究热潮。然而就算我们可以构建可穿越的虫洞，它们也并不一定适合星际旅行。正如萨斯坎德指出的那样，“你穿过虫洞用的时间不可能比光在虫洞之外到达目的地用的时间短。”
想要进一步了解弦理论的概念可以参考如下内容：
https://medium.com/@ayushtripathi0905/string-theory-dimensional-implications-m-theory-023b8480f2c6
String theory
Does String Theory Actually Describe the World? AI May Be Able to Tell
圈量子引力

弦论并不是唯一能够提出时空涌现思想的理论。“弦论并没有实现其统一引力和量子力学的既定目标。但是，如今它的作用在于为整个物理领域提供了一套极其丰富的工具。”美国宾夕法尼亚州立大学的物理学家阿沛·阿什提卡(Abhay Ashtekar)说。圈量子引力是当前除弦论之外最受欢迎的量子引力候选理论，阿什提卡是圈量子引力理论的先驱之一。在圈量子引力中，时间和空间并不像在广义相对论中那样平滑并且连续，相反，它们由离散的组分构成，阿什提卡把它们称作“时空小块或时空原子。”
这些时空原子是通过网络连接起来的，这些原子和连接它们的一维的弦和二维的平面一起构成了圈量子引力学者所说的自旋泡沫。尽管这种泡沫被限制在二维空间中，但它生成了我们的四维世界，其中三维是空间，一维是时间。阿什提卡把它比作一件衣服，他说:“你的衬衫看上去是二维的，但如果用放大镜来看它，你马上会看到一根根一维的线。只是这些线织得如此紧密，使得你实际上司以把衬衫当成一个二维的平面。我们周围的空间也是类似的，虽然它看上去像三维的连续体，但实际上它是由时空原子交织而成的。”
尽管弦论和圈量子引力都假设时空是涌现的，但这两种涌现的方式并不相同。弦论假设时空(至少空间)起源于看似不相关的系统，以量子纠缠的方式涌现。试想一下交通堵塞，它是如何由司机们的集体决策造成的呢?汽车不是由拥堵构成的，汽车造就了拥堵。而在圈量子引力中时空的涌现就像沙粒在风中集体运动而形成的滚动沙丘-样，我们所熟悉的平滑时空其实是来自微小时空颗粒的集体行为。就像沙丘一样，其中的颗粒仍然是沙子，但这些一粒一粒的晶体无论是看起来，还是移动起来都不像起伏的沙丘。
尽管存在着这些差异，但圈量子引力和弦论都表明时空涌现于某种更根本的实在。当然，它们也不是唯一指向这个方向的量子引力理论。因果集理论是另外一种候选量子引力理论，它同样假设了时间和空间是由更基本的组分构成的。“真正让我们感到惊讶的是，大多数看上去有道理的量子引力理论，从某种意义上都传递出同样的信息广义相对论的时空在基本层面上是不存在的。”克诺克斯说，“我们非常兴奋，不同的量子引力理论至少可以在某些方面达成一致。”
时空是否是基本的？如果不是，什么是基本的？理论物理学家正在探索几种可能的答案。




图源：https://altexploit.wordpress.com/2017/03/27/loop-quantum-gravity-and-nature-of-reality-briefer/

总结

现代物理见证了它自己的成功。由于量子物理和广义相对论都是非常精确的，因此量子引力理论只需要描述将极大的质量压缩进极小的空间这样极端的情况。这些情况只存在于自然界的某些特殊的地方，比如黑洞的中心。它们不会存在于物理实验室里，即使是最大最先进的实验室。如果要想用粒子加速器直接检验量子引力起作用时的自然规律，加速器的尺度要有一个星系那么大。科学家之所以花费了这么长的时间研究量子引力，很大一部分原因正是在干缺乏直接的实验数据。
面对缺乏证据这个困难，大部分物理学家把希望寄托在太空中。在大爆炸之初，整个宇宙极小，密度极大一这种情况就需要量子引力来描述。那个时期的回声有可能还存在于今天的太空中。“我认为，我们检验量子引力的最好途径是宇宙学,”马尔达西那说，“我们现在认为宇宙学上的一些东西是无法预测的，但是，一旦我们知道了整个理论，或者知道了我们还没有想到的新东西，它们或许就能被预测了。”
然而，对于检验弦论，实验室里的实验至少可以间接地派上用场。科学家不想直接通过时空来研究 AdS/CFT对偶，而是希望通过尝试构造高度纠缠的原子系统来看看其中能否生成类似于时空和引力的东西。马尔达西那说“这种尝试的结果具有一些引力的特征，但并不是所有的特征，这恰恰取决于你怎么定义引力。”
我们能知道空间和时间的真正本质吗?我们可能不会很快得到来自太空的观测数据，实验室实验也许也没有什么价值，但正如哲学家知道的那样，时间和空间的本质问题由来已久。2500 年前的哲学家巴门尼德认为，存在是“完整不可分的”,“独一无二的”,“持续不断的”，“一切就是实在。”巴门尼德认为时间和变化都是幻觉，每个地方每个东西都是唯一的和不变的。他的学生芝诺提出了著名的悖论来证明跨越任何距离的运动都是不可能的，以此佐证他老师的观点。他们的工作提出了一个问题：时间和空间是否是虚幻的?两千多年来，这个令人不安的可能性一直困扰着西方哲学界。
从古希腊时起,人们一直在追问着'什么是空间’、'什么是时间’、'什么是变化’等诸如此类的问题，到今天，我们仍然在用不同的方式问着相同的问题。这恰恰说明这些问题的重要性。正是通过对这类问题的思考，我们才对物理有了更深入的理解。这个问题现在可能还没有确切的答案，但是科学家的探索会使得我们距离真相会越来越近。
参考

https://altexploit.wordpress.com/2017/03/27/loop-quantum-gravity-and-nature-of-reality-briefer/
The Nature of Space and Time
What Is Spacetime?
What Is Spacetime Really Made Of?

队长是我

时间是流动的空间，空间是凝固的时间。

时间就是生命本身。


七年的时间，可以把我们全身的细胞都更换一遍，一个旧细胞都没有。
五年的时间，可以把我们从一个彻头彻尾的小白打造成某一领域专家，
这就是时间的价值体现。
你把时间用在市场上，你会收获业绩；
你把时间用在家庭上，你会收获亲情；
你把时间用在了锻炼上，你会收获健康；
你把时间用在了学习上，你会获得智慧。
而你把时间用在吃饭，你会成为大肚男；
你把时间用在了牌场上，你会成为赌徒；
你把时间用在游戏上，你只会变得更加无知。
每个人都会过上自己想要的生活。

下面是我积累的一篇比较好的文章，与君共赏。

我先告诉各位一个事实。
人类平均的期望寿命不到80岁，也就是不到三万天。天赋异禀加运气爆棚的人能多活几天，但多的也有限。
你从一出生，就正在走向死亡。
你死了，就什么都没有了。没有任何证据能证明你能从“来世”或者“天堂”中获得任何好处。你所拥有的，只有今生。
一个人的一生有可能以各种不同的方式渡过。
你的一生可能会欣赏到各种自然的壮丽，可能享受到到各种人类文明带来的美好，可能沉浸于自我实现的成就感，可能满足于他人的艳羡和尊重。
你也有可能一辈子生活在下水道里，可能一辈子都只能从粪坑里刨食吃苟延残喘，可能在临死前都想不出来自己的一生有什么意义，可能一生都被其他人轻贱。
你希望自己的一生如何度过？
人生而不平等。有些人生在终点，天生就拥有财富，智慧，颜值和好运。有些人生来一无所有，有些人更糟，可能生来四肢都不健全。你们的共同点是，你们真正的财富，就是你们的一生，就是那三万天。
三万天在生物历史上不长，在人类历史上绝对不短。人类历史上的三万天，足以改变很多事，何况是对个人。
即使是生于贫贱，历史上逆天改命的人也从来都不少。
我们生在一个前所未有的时代，即使你生来一无所有，但相对于古人，你的人生依然有三大优势。
一来在现代社会，你不那么容易饿死，你有非常多的机会试错。
二来由于信息科技的发展，你非常多的机会获得从古至今所有的知识。
三来，你的竞争对手们，也就是其他人，绝大多数都是SB。
什么叫SB？
很多人的生命被懒惰偷走了，他们生在安逸的环境里，并不上进，也没有竞争力。他们浪费掉自己的生命，这些人就是SB.
很多人的生命被封闭和自以为是偷走了，他们看不到外部世界，意识不到世界的变化和进步。他们无法突破自己，无法更进一步，这些人就是SB。
很多人的生命被其他人偷走了，他们沉浸于“父母家族要求你如何如何”，“老婆孩子要求你如何如何”，“公序良俗

要求你如何如何”。我本来想说这些人都是SB的，不过考虑到肯定会被很多人喷，OKOK我妥协。这些人不是SB，他们很好很高尚，只是他们的生命都被其他人偷走了，并不具备太强的竞争力。
你生活在一个前所未有的时代。你拥有你的祖先从来都没有过的逆天改命的便利条件，你的竞争对手绝大多数都是SB。
你说你要怎么活？
显然是,确定好自己的人生目标，要最多和最好。然后不屈不挠，不达目的不罢休。
不然就早点回下水道。

清风寡欲

如果你承认“变化”是客观存在的，那么为了合理解释这些“变化”，你就不得不引入“时间”或者类似的概念，即事件有“先后顺序”这种现象。
以下引用我文章中的一段，感兴趣可以去我专栏里看狭义相对论的那篇，虽然没什么人看：
「时间」对我们来说是一个非常熟悉的概念，我们可能每天都会使用这个词好几遍，它更是常常出现在很多带有哲学意味的句子里，然而，我们其实很少质疑自己对时间的定义和理解，也很少会去思考究竟什么是时间。
「时间」是物理学中的基础概念，当我们描述一个物体的运动时，我们会把该物体的位置坐标表示为时间的函数，但是，除非我们真的清楚“时间”指的是什么，否则这种数学表述将不具有任何实际的物理意义。如果一个人说：“火车十一点到站”，那他指的其实是「火车抵达站台」和「表的时针指在数字‘11’上」这两个事件是同时发生的。我们应该意识到，我们对时间的判断实际上是在对事件的同时性进行判断。不管我们使用什么样的计时工具来确认时间，本质上都是在判断哪些事件和该计时工具的特定「读数」同时出现。想象这样一个场景：你早上8点上班，但是你打开手机看到已经是8点05分了，而你还被堵在离公司好几公里以外的立交桥上，如果你重视你的工作，此时就会很着急，你迟到了。在这个过程中我们是如何判断自己迟到的呢？首先，你得知道“准时上班”的标准是「你走进公司的门」和「公司里挂钟的时针指在‘8’上」这两者要同时发生，其次，你还必须要知道「公司里挂钟的时针指在‘8’上」和「你的手机显示‘上午8:00’」这两个事件是同时发生的（俗称“你的表很准”），只有知道了这两组同时事件，你才能准确的判断自己是什么时候迟到的。
除了对时间的判断以外，我们还需要进一步思考时间的本质是什么。一个物理概念存在的必要性往往是解释现象，时间也不例外：我们可以粗略的说「时间」这个概念是为了解释「宇宙在变化」而存在的，人会衰老，食物会过期，太阳东升西落，我们感官所及之处都在不断的发生着各种变化，而我们需要用时间来描述它们。在继续深入思考之前，我们必须先明确什么是「变化」，以及为什么非要「时间」参与才能描述。最常见的「变化」是物体的「移动」，即物体在空间中的位置发生了改变，这也意味着，我们需要至少两个位置坐标才能描述一个物体的「移动」过程，但是为什么非要时间参与呢？因为我们知道，同一个物体是不会同时出现在两个位置上的，这些用来描述物体位置的坐标是有“发生顺序”的。例如，如果一个物体从某个位置A移动到了另一个位置B上，那么「物体出现在A上」就是发生在「物体出现在B上」之前的。为了描述物体存在于不同位置上的先后顺序，我们需要一种有别于空间的坐标，而这种坐标，就是时间。这里，我给出了一个对时间的定义：时间是为了描述事件发生的顺序而设立的坐标。（因此，完整的描述一个三维空间中的「事件」需要四个坐标，三个空间坐标和一个时间坐标。）承接之前说的，我们对时间的判断就是对事件同时性的判断，当我们取定某个事件的时间作为标准后，就可以通过同时性来判断其它事件的时间， 例如，我们设计了一个呈周期性转动的指针，根据指针位置和其它事件的同时性我们就能判断这些事件发生的时间，这就是钟表的原理。如果两个事件是同时的，则我们说两个事件的时间坐标相同，这里要注意的是，我们是通过同时性来判断时间的，而不是通过时间来判断同时性的（因为时间是依靠判断同时性测量的）。另外，时间的「长短」实际上就是某种对「不同时事件」数量的计数，如果宇宙在“一段时间”内发生的事件数为零，即“这段时间”里宇宙没有任何变化，那么“这段时间”对宇宙来说就没有意义，或者说“这段时间”的「长短」是零。（关于时间，值得探讨的问题还有很多，比如时间是连续的还是发散的等等，这里就不展开聊了。）

检验医师

时间是人类为了比较事物变化的速率而发明的一个虚拟标尺工具，并不是客观存在，客观存在的是万事万物变化速率不一样。
       时间是否均匀流逝完全取决于发明者对它的定义。
      如果人类定义时间为：汉朝高皇帝刘邦出生那天正午到第二天正午为24小时*3600=86400秒，那么时间就永远是均匀流逝的；但未来某一天可能是86401秒。
       如果人类定义时间为：当铯-133原子处于非扰动基态时两个超精细能级间跃迁对应的辐射频率ΔνCs以Hz(即等于s-1)为单位表达时选取固定数值9192631770倍来定义秒。时间可能是不均匀的。用一个不确定的事物来定义时间，极端情况下这个辐射频率也会变，时间就会变得不均匀了，这应该是爱因斯坦相对论及时空观的基础吧。
         低等动物不能预见未来并制定计划，就是因为它们没有能力发明时间这个虚拟工具，所以低等动物的脑子里是不会有时间这个概念，就算是聪明的小狗，也不会有明天的概念。