2015年8月4日

時間起源與量子重力

作者/余海禮(美國匹茲堡大學博士,現職中央研究院物理研究所研究員。研究專長為量子場論和粒子物理及重力理論)

作者/許祖斌(美國維吉尼亞理工科院博士,現職國立成功大學物理系教授。研究專長為量子場論和重力理論)

時間存在與否?
1923年,愛因斯坦在瑞典哥德堡的演講〈相對論的基本構想和問題〉中最後一句話說:「假若相對論方程式的形式在未來某天由於量子問題的解決,使得我們用來表達基本物理過程的參數都完全改變了,相對論原理也不會被摒棄。至少之前所推導出的這些定律,會保有它們具有限制性的這層意義。」明顯地,愛因斯坦願意接受並指出「量子問題的解決」可能會改變他的廣義相對論。其中一個讓重力和量子力學之間存在緊繃對立的問題,就是「時間」。百年來, 這問題一直未能被釐清,並且頑固地盤繞在廣義相對論的光環上,逼視世人。

掌握時間的本質是困難的,但也相當誘人。在古希臘時期,艾菲索斯(Ephesus)的赫拉克利特(Heraclitus,535~475 BC) 已喟歎著「無人曾涉足過同一條河流兩次」,因此「萬物皆流動」,時間也是如此。孔子也用「逝者如斯,不捨晝夜」來比喻時間的流逝。但是埃利亞(Elea)的芝諾(Zeno,490~430 BC)卻辯稱「飛行中的箭矢並非運動狀態」,時間只是人類觀感的幻覺。

牛頓的時間
「時間是什麼」仍然是直觀卻又抽象難以掌握的概念。直到1687年,牛頓發表的《自然哲學的數學原理》裡頭主張「絕對的、真實的及數學的時間,它自身及它的本性與任何外在的東西無關,它均一地流動⋯⋯。」這是人類首次以具體量化論述,把絕對的時間流動,闡明成一個具體存在的事物。在牛頓的宇宙意象裡,時間的流逝獨立於任何感知者的狀態,以一致的步調均勻前進。我們日常生活和思考如「動量」、「能量」、「衝量」等概念都來自牛頓力學,統稱為「牛頓的世界」。......【更多內容請閱讀科學月刊第548期】

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