时间本身，或许只是一种幻觉？

每个清晨，当我们匆忙抓起外套赶去上班时，总会下意识地瞥一眼墙上的时钟，确认是否来得及。这些动作如此自然，以至于我们很少停下来追问一句：时间，究竟为何会流逝？

答案可能出乎你的意料：现代物理学至今未能给出令人满意的解释。牛津大学的娜塔莉娅·阿雷斯直言，这大概是当今科学界面临的最大谜团之一。

不过，一种大胆的设想正在重新回到学术舞台的聚光灯下。早在20世纪80年代，物理学家就提出过一个名为“佩奇-伍特斯机制”的假说：时间也许并非真实存在的实体，它只是量子力学中某种奇特机制，从一个本无时间概念的宇宙中“构造”出来的。听起来很疯狂？但更令人兴奋的是，四十多年后的今天，最新研究显示，人类或许终于有机会对这个优雅的假设进行检验——而在这个过程中，黑洞可能会扮演真正的主角。

量子理论背景板上的“外部参数”

在现代物理学的所有定律和方程中，唯一一条暗示时间单向流动的线索来自热力学第二定律。它告诉我们，熵——那个用来度量系统无序程度的物理量——总是倾向于增加。这就是为什么牛奶一旦倒入咖啡就难以分离，城堡一旦坍塌就不会自发重建。然而，用这个定律来完美解释“时间”的本质，还差得很远。

按照热力学第二定律的说法，宇宙必须从一个极其有序、低熵的状态开始。但物理学至今解释不了：这种初始状态凭什么存在？与此同时，爱因斯坦的广义相对论把时间与空间融合成了一个四维、可以弯曲的结构，这种结构会被质量和运动所扭曲。

在此框架下，引力更弱的山顶上，时间流逝得比海平面稍快一些；而在某些极端情况下——比如物体以接近光速运行时——不同观测者甚至可能对事件发生的先后顺序产生分歧。爱因斯坦由此认为，只有把过去、现在和未来看作同时存在的，才能说得通——就像一本摊开的书，所有页面都并排放着。

如果说相对论模糊了我们对时间的认知，那么量子理论几乎完全没把时间放在眼里。在量子世界里，时间更像一个挂在背景板上的“外部参数”，许多量子过程在理论上既可以向前发生，也可以向后发生。

量子理论关注的是测量，但有些东西就是没法直接量。跟位置、动量、能量这些物理属性不同，时间不属于可测量的物理量。我们可以测出粒子在哪里，却测不出它“什么时候”在那里。正如美国国家标准与技术研究所的物理学家尼克尔·哈尔彭所说：“时间更像是我们人为塞进理论里的一个要素，而不是量子系统里自然的可测量属性。”

这不禁让人追问：时间，到底去哪儿了？一些物理学家于是冒出一个激进想法——时间会不会只是一种幻觉，一种我们尚未真正弄明白的、更深层结构的表现？

给宇宙量子波函数编制“页码”

正是这个想法，促使物理学家唐·佩奇和威廉·伍特斯在1983年提出了一项旨在揭示时间真实面貌的理论。

和爱因斯坦一样，他们也把整个宇宙视为静止的整体。但这不是一本翻页书，而是一个巨大的量子波函数——它包含了宇宙可能呈现的一切状态：每一个粒子，它们每一个可能的运动方向，所有场，全都在里头。单独看这个波函数，它既不“滴答”响，也不会变化，它根本就跟时间没关系。

接着，佩奇和伍特斯把静止结构一分为二。一半用来描述我们能观测到的一切，另一半则充当内置的“时钟”。两者通过量子世界的奇特现象——“纠缠”连接在一起。纠缠会让两个对象紧密相关，其中一个的变化会瞬间影响到另一个。佩奇和伍特斯证明，这种纠缠关系就能制造出时间流逝的表象。

资料照片

想象一下：一本小说手稿静静摊在桌上，要读懂故事，必须按正确顺序阅读——是页码提供了这种结构，把角色和情节串联起来。

佩奇和伍特斯认为，宇宙可能也差不多。波函数里编码现实内容的部分，好比书页上的文字；而充当“时钟”的部分，就像是页码。两者一起，就制造出了时间流逝的表象。以色列特拉维夫大学的西蒙·利亚维茨认为，这个解释相当有说服力。

2024年，意大利国家研究委员会的保拉·韦鲁基搭建了一个简洁的数学模型，表明佩奇-伍特斯机制的基本设想是站得住脚的。她的团队让由微小磁体阵列组成的时钟，与一个类似弹簧的量子系统发生纠缠来模拟这个机制，结果他们甚至能从这个模型里推导出所有我们熟悉的运动方程。

当然，这个机制还有太多未解之谜。最根本的是：佩奇和伍特斯并没有真正说清楚他们所谓的“时钟”到底是什么，它跟我们熟悉的物理时钟有多少相似之处。他们也没充分解释，我们熟悉的时间体验，是怎么从这张量子纠缠网络里冒出来的。

通常来说，纠缠是一种很容易被破坏的脆弱联系。如果我们一直与宇宙内部时钟保持纠缠，为什么时间流动还显得如此平滑？我们的观测，怎么就不会打断它？

量子时钟靠熵来记录时间？

过去十年，量子计算机、量子传感器从概念验证渐渐进入现实应用。量子测量要往前走，时间测量就成了关键瓶颈。而那个一直停留在理论和思想实验层面的佩奇-伍特斯机制，或许正好能变成突破口。

在物理学史上，人们通常把时钟想成理所当然的工具。但2017年的一项研究证明：计时是有代价的。它不像直尺那样是被动的测量工具，更像是发动机——持续测量时间需要做功，还会产生热量。在经典设定里，这点热量可以忽略，但在量子世界，再小的热量都会干扰时钟运行。

奥地利维也纳工业大学的马库斯·胡伯与阿雷斯合作，研究时钟被推到量子极限时会发生什么。胡伯认为，说到底，时钟就是一种能产生不可逆事件并把它记录下来的系统。所谓“不可逆事件”，其实就是增加熵的过程。这也解释了为什么就算最小的时钟都会发热。所以，你可以通过研究时钟产生多少熵，来理解它怎么记录时间。

过去几年，胡伯和同事们用最简化的时钟——只有几个原子组成——来进行研究。2024年，他们描述出了时钟精度和它产生的熵之间的换算关系。大致是，时钟“滴答”得越频繁，产生的熵就越多。去年，他们甚至造出了一种利用随机量子过程计时的时钟，几乎能在不产生熵的情况下运行。但即便如此，问题还在：读取时钟上的时间这个提取信息的过程，仍然会产生熵。

这些实验不单单为了提升计时技术。胡伯更把它看作探索更深层问题的工具，希望能对时间的本质有所了解——其中自然包括重新审视佩奇-伍特斯机制。他希望能把这个跨越整个宇宙的纠缠时钟看作一个真实的物理系统，而不只是数学对象。如果精度、熵、可逆性这些规律能在所有时钟中得到统一描述，那么佩奇-伍特斯机制在原则上就能被检验了。

资料照片

目前，胡伯团队正在实验室里模拟佩奇-伍特斯机制，试图回答一些最基础的问题——比如，在这样的量子系统中，时间流逝到底是不是平滑的，还是像量子一样离散的？这真是一场奇妙的跨领域碰撞：一边是在拆解时钟，另一边是在解读时间的本质。胡伯认为，这两个领域各自有各自的时间观，而现在，它们开始交汇了。

更多学者也在推动佩奇-伍特斯机制的研究。利亚维茨和同事正在探索如何让佩奇-伍特斯时钟变成现实。去年，他研究出如何在不破坏产生时间结构的纠缠状态下读取这种时钟。下一步，他在探索另一种设想：也许不需要一个完美时钟，而是可以把多个不太精准的时钟拼起来，共同为宇宙计时。

黑洞或是最理想的“宇宙计时器”

与此同时，韦鲁基觉得自己或许已经发现了自然界里最理想的时钟。在与意大利国家研究委员会的亚历桑德罗·科波的合作中，她分析了理想化佩奇-伍特斯时钟需要的三个条件：足以追踪系统演化的能量、能避开外界噪声干扰的环境，以及跟计时对象发生纠缠的能力。

在今年发表的一篇论文里，韦鲁基和科波提出：黑洞恰好满足所有条件。黑洞拥有极其强大的引力场，连光都逃不出它的视界，所以几乎不会跟外界相互作用。然而，正如斯蒂芬·霍金在20世纪70年代指出的，黑洞仍然可以和外界发生量子纠缠。比如，黑洞视界附近可以产生一对量子粒子，一个掉进黑洞，另一个作为辐射逃逸。这样，黑洞内部跟外部世界就能建立起联系——这或许就足以为整个宇宙充当一座时钟了。

在韦鲁基眼里，黑洞简直就是一台完美的时钟。“你无法跟它直接互动，但同时又能跟它发生纠缠。”那么，佩奇-伍特斯机制里的“时钟”部分，会不会就是黑洞？韦鲁基希望，很快就能检验这个大胆的设想。

假如黑洞真的能充当近乎理想的时钟，那它的计时行为就应该像量子时钟一样，在热力学性质、以及它释放的辐射熵中留下印记——比如量子关联如何扩散，信息如何被打乱。韦鲁基和科波的下一步工作，就是分析黑洞模型的热力学性质，然后寻找能在量子时钟里看到的、跟熵动力学相似的规律。

黑洞艺术图（资料照片）

韦鲁基认为，所有这些进展都在强化同一个观点：时间并非基本存在，它只是涌现出来的结果。同时，她也因此产生了一个更深的想法。许多物理学家认为，热力学第二定律体现了时间流向的不可逆性，但它虽然能说明宇宙的熵不会减少，却并不排除熵保持不动的可能——所以，这条定律还是不足以解释时间为什么会流动。

不过，自然界里确实存在着一种真正不可逆的过程：量子坍缩。韦鲁基指出，量子在被测量之前，处于多种可能结果的叠加状态，但一旦测量，它就会“坍缩”为一个确定的值。没人完全理解坍缩是怎么发生的，但可以确定：这个过程无法逆转。

韦鲁基现在怀疑，这或许正是理解时间的关键所在——时间之箭，也许只是那些不可逆的测量记录不断累积的结果。我们通过与现实元素的相互作用——也就是物理学家所说的“测量”——来知晓各种事件发生的时间顺序，就像翻阅一本宇宙之书一样。

话说回来，如果时钟是记录测量结果的物理系统，而我们也身处这个系统之中，那么真相或许是：我们不只是时间的观察者，我们也在参与时间本身。正如韦鲁基所说：“当你问‘现在是几点’的时候，你就在创造时间。”