5.时间量子（1/2）

房里有一瓶老酒

酿造九年

菲利斯，花园里有月桂树

可以编织花冠

还有好多常春藤……

我邀请你

在四月中旬这天来庆祝

这属于我的节日

比生日更珍贵

当我们把量子与时空的量子特性考虑在内时，我之前描述的相对论物理学的奇特图景变得更不可思议了。

研究这些内容的学科称为“量子引力”，也就是我自己的研究领域。1还没有一种量子引力理论被科学界广泛接受，或者得到实验上的支持。为了给这一问题——圈量子引力，或圈理论——建构一种可能的解决方案，我奉献了科学生涯的大部分时光。并非所有人都认为这会是正确的解决方案。例如，研究弦理论的朋友遵循着不同的路径，正确之争仍在继续。这很好，由于激烈的辩论，科学也得以成长：迟早会搞清楚哪种理论是正确的，也许我们不必等待太久。

近几年，关于时间的本质，意见上的分歧有所减少，许多结论变得十分清晰。已经阐明的内容是，如果我们把量子考虑在内，上一章里阐述的广义相对论的剩余时间框架也会崩塌。

统一的时间已经粉碎为无数的固有时，并且如果把量子因素考虑进来，我们就必须接受这些时间会“涨落”的观念，并且像云一样散开，而且只能取特定值……它们再也无法形成上一章勾勒出的时空床单。

量子力学导致的三个基本发现如下：分立性、不确定性、与物理量的关联性。它们进一步推翻了我们仅存的时间观念。让我们一个一个来考察。

分立性

时钟测量的时间是“量子化”的，意思是说，它只能取特定值，不能取其他值。时间是分立的，而非连续的。

量子力学的最大特点就是分立性，并且得名于此：量子即基本微粒。对一切现象而言，都存在着最小尺度。2在引力场中，这被称作“普朗克尺度”，而最小的时间被称为“普朗克时间”。把描述相对论、引力、量子力学现象特征的常数结合在一起，就可以算出它的取值。3这些量共同决定了这个时间为10-44秒。这就是普朗克时间。在这一极小层面，时间的量子效应开始显现。

普朗克时间非常小，远小于任何钟表能够测量的范围。它微小至极，在这样的尺度下，即使发现时间的概念不再适用，我们也不必感到惊讶。为何要大惊小怪呢？没有什么会在任何时间、任何地点都适用。我们迟早会遇到新的事物。

时间的“量子化”表明，几乎所有时间 t 的取值都不存在。如果可以用能够想象出的最精密的钟表去测量一个时间段，我们会发现测得的时间只能有不连续的特定取值，不可能把这段时间看作连续的。我们必须把它看作不连续的：它并没有均匀流动，而是——在某种意义上——像袋鼠一样，从一个值跳向另一个值。

也就是说，存在一个最小的时间段。在此之下，时间的概念不复存在，即便在最基本的含义上。

从亚里士多德到海德格尔，许多世纪以来，讨论“连续性”的笔墨也许都浪费了。连续性只是对非常微细的微粒状事物进行近似描述的数学技巧。世界是精细地分立的，非连续的。上帝并没有把世界画成连续的线，而是像修拉（seurat）[1]那样，用轻盈的手笔，用点进行描绘。

分立性在自然界中无所不在：光由光的微粒也就是光子组成，原子中电子的能量只能取特定值而非其他。最纯粹的空气与最致密的物质一样，都是分立的。一旦理解了牛顿时空也是像其他物质一样的物理实体，就可以很自然地推断出它们也是分立的。理论确认了这一想法：圈量子引力预言，基本的时间跳跃虽然很小，但有限。

时间有可能是分立的、并且存在最小的时间间隔的观念并不新鲜。在7世纪，伊西多尔（isidore of seville）的《词源》（etyiae），以及其后一个世纪，圣比德（venerable bede）的一部名为《论时间的分割》（de divisionib teporu）的著作中，都对此进行过论证。12世纪，伟大的哲学家迈蒙尼德（aionides）写道：“时间由原子组成，也就是说，由于时间持续极短，它无法被继续分割为更多部分。”4这种观念也许可以回溯到更早：德谟克利特的原始文本已经失传，我们无法知晓在古希腊原子论5中，这种观点是否已经出现。抽象的思想可以提前几个世纪预见假说在科学探索中得到应用或者证实。

普朗克时间的空间姐妹是普朗克长度——长度的最小限度，在此之下长度的概念会失去意义。普朗克长度大约为10-33厘米。读大学时，我对在极其微小尺度下会发生什么的问题十分着迷。在一大张纸的中心，我用闪闪发光的红色写下了这个数字。