時間會終結，也不會終結。因為時間的終結似乎既沒有可能，又無法避免。最近的物理學研究為這一矛盾提出了一個解決方案。

　　時間，會在黑洞內部走到盡頭

　　相對論會預言諸如死後無法“再生”這麼令人不安的事情，這一點物理學家花了幾十年才逐漸接受

　　愛因斯坦在提出廣義相對論詮釋引力時，恐怕連他自己都不曾預料到，他的理論會預言出這麼一個可怕的前景。

　　在廣義相對論之前，大多數物理學家和哲學家都認為，時間是一種放之四海而皆準的鼓聲，是宇宙要與之同步的一種穩定節律，不會變化，不會搖擺，也不會停止。愛因斯坦則證明，宇宙更像是一場盛大的複合節奏爵士搖滾即興演奏會。時間可以變慢，可以拉長，可以被“撕成碎片”。我們感受到引力的同時，也在感受著時間節律的即興演奏；下落的物體被拖到了時間流逝更加緩慢的地方。時間不僅會影響物體的運作，反過來，物體在做什麼也會影響到時間，就像鼓手和舞者彼此激發，共同演繹一段變奏熱舞一樣。不過，事情一旦失去控制，時間也可能灰飛煙滅，就像一位興奮過頭的鼓手突然暴斃一樣。

　　出現這種情況的那些時刻，被稱為奇點（singularity）。這個術語實際所指的正是時間的邊界，可能是開端，也可能是終點。最著名的奇點當數宇宙大爆炸（big bang），也就是137億年前我們這個宇宙（以及其中的時間）無中生有並開始膨脹的那一瞬間。

　　如果宇宙有一天停止膨脹，轉而開始收縮，最終就會發生某種與大爆炸相反的過程，稱為大擠壓（big crunch），給時間“壓”出一個終點。時間不一定非得在所有地方同步終結。相對論説，時間會在黑洞內部走到盡頭，而在黑洞之外，宇宙絕大多數其他地方，時間仍將繼續。

　　黑洞的破壞力名不虛傳，甚至超過你對它的所有想像。如果你落入一個黑洞，不僅你的身體會被撕成碎片，這些碎片最終還會撞上黑洞中心的一個奇點，你的時間線（timeline）也就此走到了盡頭。你的灰燼中再也誕生不出新的生命，你的分子也不會再得到任何回收利用。就像小説中的某個角色走到了這本小説的最後一頁，你遭遇到的不僅僅是死亡，還有徹底的“不復存在”。

　　相對論會預言諸如死後無法“再生”這麼令人不安的事情，這一點物理學家花了幾十年才逐漸接受。直到今天，他們還是不太確定，這到底是怎麼回事。奇點可以説是物理學家追尋物理學大統一理論的主要原因——他們將愛因斯坦獨創的廣義相對論與量子力學結合，試圖創造出一種量子引力理論。在某種程度上，他們希望這一理論能夠令人滿意地解釋奇點。不過對於“希望”二字，你必須慎之又慎。時間終結令人難以想像，但時間沒有終點或許同樣矛盾重重。

　　奇點的物理本質，一個點還是一小團？

　　幾乎所有物理學家都推測，宇宙中的奇點實際上擁有一個就算很高但也有限的密度

　　宇宙中充斥著奇點，宇宙本身也可能遭遇各種令人不安的時間災劫。就算躲過了大擠壓，宇宙也可能被大撕裂（big rip）、大凍結（big freeze）或大剎車（bigbrake）搞定。不過，如果再追問一句，奇點（不論大小）到底是什麼，答案就不那麼明確了。“奇點的物理本質，現在還沒有定論，”美國密歇根大學安阿伯分校的著名物理哲學家勞倫斯·斯克拉（Lawrence Sklar）説道。

　　恰恰是招惹出奇點這些“怪物”的那個理論，暗示它們無法真正存在。以大爆炸奇點為例：相對論説，我們看到的每一個星系的前身都曾經被壓縮到一點——不只是一個細微如針尖般大小的點，而是一個數學意義上大小為零的點。與此類似，不幸落入黑洞之中的宇航員身上的每一個粒子，也都會被壓縮到一個無限小的點中。在這兩種情況下，計算密度都意味著要用品質除以一個數值為零的體積，得到的結果是無窮大。其他類型的奇點不會遇到無窮大的密度，但總會遇到無窮大的其他物理量。

　　但幾乎所有物理學家都推測，宇宙中的奇點實際上擁有一個就算很高但也有限的密度。相對論的錯誤之處在於，它漏掉了引力或物質的某個重要屬性——正是這個屬性在奇點附近發揮作用，把密度保持在了可以控制的範圍之內。“大多數人會説，它們（指奇點）標誌著這個理論在那裏崩潰了，”美國加利福尼亞大學聖巴巴拉分校的物理學家詹姆斯·B·哈特爾（James B. Hartle）説道。要想弄清楚到底發生了什麼，就必須用到一個更加完善的理論——量子引力論。物理學家還在苦苦鑽研這樣一個理論，但他們估計，這個理論會包容量子力學的一個重要見解——物質跟光一樣，擁有類似于波的性質。這些波動性應該會把假想的奇點“模糊”成小小的一團，而不再是一點，因而也就排除了“除以零”這樣的錯誤。果真如此的話，時間實際上或許就不會終結。

　　時間是否會終結，怎麼説都有理

　　在這個問題上，物理學家被折磨得不輕，他們的爭論目前也難以看到終點

　　關於這一點，物理學家分成了兩派。一些物理學家認為，時間確實會終結。這種觀點的問題在於，已知的物理學定律都是在時間中運作的，描述的也都是事物如何隨時間移動和演化。時間的終點超出了已知物理學的範疇。負責掌管時間終點的，必定不會是現有物理學體系中的某一條未知定律，而應該是一套全新的物理學定律——它能避開運動和改變之類與時間有關的概念，而是偏向於幾何簡潔性之類與時間無關的概念。

　　3年前，借用量子引力論主流候選理論——弦論（string theory）中的一些觀點，新加坡國立大學的佈雷特·麥金尼斯（Brett McInnes）提出了一個構想。他提出，在宇宙還是最初那一小團的時候，它的形狀是一個圓環面；與圓環面有關的那些數學定理，決定了當時的宇宙必定是完美均勻和完美平滑的。然而，在大擠壓或者某個黑洞的奇點處，宇宙可能擁有任何形狀，同樣的數學推理不一定仍然適用；此時的宇宙，大體上可以説是極端的破爛不堪。這樣一套幾何物理學定律與通常的動力學定律有著本質的不同：它並不是時間對稱的。換句話説，終結不會僅僅是開端的反演。

　　其他量子引力研究者認為，時間會永恒延伸，既沒有開端，也沒有終點。在他們看來，大爆炸只是宇宙永恒生命中一個戲劇性的轉捩點。或許大爆炸前的宇宙經歷了一場大擠壓，在密度變得太高時發生了逆轉——這個場景被稱為大反彈（big bounce）。大爆炸前這段宇宙歷史中的一些遺跡，甚至有可能流傳到今天。按照類似的推理，黑洞中心附近的那一小團奇點也可能像一顆微縮版的恒星那樣不停地沸騰和翻滾。如果落入一個黑洞，你會在痛苦中死去，但至少你的時間線不會就此到頭。你體內的粒子會“撲通”一聲落入這一小團，在它上面留下一個獨特的印記，有可能在這個黑洞散發出的微弱光芒中被未來某一代人看到。

　　假定時間能夠持續下去——通過這種方式，這一觀點的支援者大可不必再為所謂“一套全新的物理學定律”而大費腦筋。不過，他們同樣遇到了麻煩。比方説，宇宙隨著時間的流逝只會變得越來越淩亂，如果這一過程已經持續了無限久，那為什麼今天的宇宙還沒有徹底淪為一盤散沙？至於黑洞，攜帶有你的印記的那些光又該如何才能逃離那個黑洞的引力魔爪？

　　在愛因斯坦出現之前很久，各個時代的哲學家就已經為時間是否終有一死而爭論不休了。康得（Immanuel Kant）認為，這個問題是一個“二律悖反”（antinomy）——這個哲學術語指的是怎麼説都有理，讓人不知道該如何思考。

　　歸根結底，物理學家在時間終結這個問題上的糾結絲毫不亞於哲學家。已故的量子引力先驅約翰·阿奇博爾德·惠勒（John Archibald Wheeler）就曾經寫道：“愛因斯坦的方程説‘這就是終點’，物理學家卻説‘終點不存在’。”面對這種兩難的局面，一些人乾脆舉手投降，總結説科學永遠無法解決時間會不會終結這個問題。在他們看來，時間的邊界同樣也是推理和經驗觀察適用範圍的邊界。不過，其他一些人認為，破解這道難題只需要一些全新的思路。“這並沒有超出物理學的範疇，”美國加利福尼亞大學聖巴巴拉分校的物理學家加裏·霍羅威茨（Gary Horowitz）説，“量子引力論應該能夠提供一個明確的答案。”

　　時間如何消逝，從有序到淩亂

　　時間之死不過是一個複雜體系的崩潰，就像人類生命的消逝一樣，沒有什麼自相矛盾之處

　　就在物理學家和哲學家苦苦思索試圖領悟時間如何終結時，許多人看到了它與生命終結之間的相似之處。正如生命是在無生命的分子組織成機體的過程中涌現出來的一樣，時間也可能是在無時間的原料自行産生秩序的過程中涌現出現的。存在時間的世界是一個高度組織化的世界。時間告訴我們諸多事件何時發生，持續多久，以及它們發生的先後次序。或許這種結構不是外部強加的，而是內部産生的。能夠産生出來的東西，自然也可以被摧毀。當這種結構分崩離析時，時間便終結了。

　　按照這種思路，時間之死只不過是一個複雜體系的崩潰，並不比其他任何體系的崩潰更難理解，沒有任何自相矛盾、左右為難之處。一項接著一項，時間會喪失它的特性，穿越存在和不存在之間的模糊地帶。

　　最先喪失的特性可能是時間的單向性（unidirectionality），也就是由過去指向未來的那個“時間箭頭”。物理學家早在19 世紀中葉就已經認識到，時間箭頭並不是時間本身的屬性，而是物質的屬性。時間本身是雙向的；我們感受到的時間箭頭，只是物質從有序過渡到淩亂的一種自然退化，任何家裏養著寵物或者小孩的人對此都會深有感觸。

　　如果這一趨勢持續下去，宇宙最終將達到一種平衡態，又被稱為“熱寂”（heat death），這是淩亂到不可能比它本身更亂的一種狀態。單個粒子仍將持續不斷地進行著自我重組，但宇宙作為一個整體將不再會有任何變化，任何倖存下來的“時鐘”都將在前後兩個方向上左搖右擺，未來將變得跟過去沒有任何區別。少數物理學家已經推測，時間箭頭可能會反轉，以便宇宙自行恢復到整齊簡潔的狀態。不過，對於我們這些無法永生的生物來説，連我們自身的存在都取決於指向未來的時間箭頭，這樣的反轉無疑像熱寂一樣，標誌著時間的終結。

　　（未完待續）

　　稿件來源：環球科學（《科學美國人》中文版）

　　撰文：喬治·穆瑟（George Musser）

　　翻譯：虞駿