4維空間或比4維時空更準確

時間是衡量事件持續性的尺度，它不僅深入人們的直覺，在對物理系統做數學描述時也扮演重要角色。比如，我們把速度定義為一個既定時間內的位移。在感覺上，我們已經把牛頓的時間觀念當成了真實存在、不斷流動著的事物，按這種觀念構建出的時空第四緯度，是不正確的。據美國物理學家組織網近日報道，目前一些科學家提出，用相對更準確的描述來替代這種時間，只把時間當作一種測量變化順序的單位。

來自斯洛文尼亞比斯特拉科研中心的三位科學家阿姆里特·索里、戴維德·菲斯凱勒提和都山·克林納在最近發表于《物理文集》上的兩篇論文中，對此作了詳細解說。

宇宙是“無時間”的

人們通常把時間當作一種絕對的物理量，一種重要的自變量（時間t，經常成為描述物理系統演進圖中的X軸）。但新研究指出，人們從不曾真正測量到時間本身，測量的是物體的頻率、速度等等。人們所經歷的是物體的運動、鐘表的嘀嗒，把物體的運動和鐘表的嘀嗒作對比，以此來測量物體的頻率、速度等等，時間本身只有數學數值，而沒有物理存在。

這種觀點并不是說沒有時間，與其把時間作為一種絕對的時間觀念，不如說它與空間關系密切更為準確。人們通常把4維時空看作是由3維空間和1維時間所構成，但研究人員認為，把4維時空當作4維空間更準確，換句話說，宇宙是“無時間”的。

最新論文認為，4維時空應改為4維空間，即明可夫斯基空間。4維時空中的時間變化是物質發生了變化，這是一種把時間當作物理實體的觀點。但把時間當作物質變化的數字順序來描述應該更準確，這樣才能更好地反映物理世界，比如在描述重力、靜電作用、EPR實驗（愛因斯坦、波多爾斯基和羅森為論證量子力學的不完備性而提出的一個思想實驗）中的信息轉移這些瞬時物理現象時，能解釋得更明白。這些物理現象都是直接由空間造成的。

愛因斯坦說過：時間不可能獨立于我們測量事件的順序而存在。“我的結論是，時間只是事件順序，這種觀念的根源正是來自愛因斯坦本人。”索里說。

時間是空間數字順序

研究人員舉例說，比如一個光量子在空間兩點運動，兩點間的距離由光量子所能運動的最小距離——普朗克距離組成，通過這段距離的基本時間單位是普朗克時間。當光量子通過一個普朗克距離，它只是在空間中運動而不是在一種絕對時間中。光量子可以被當作是從點1運動到點2，位置在點1是“先于”位置在點2，在此意義上，才能說數字1“先于”數字2。但數字序列不等于時間序列，好比我們不能說數字1在數字2前面，它們只是數字而已。

研究人員解釋說，不用時間作為時空第四緯度，物理世界可以描述得更準確。物理學家恩里科·布拉提在最近的研究中指出，哈密頓動力方程就沒使用絕對時間的概念，也能完善定義。其他科學家指出，時空的數學模型并不等于物理真實。他們認為，一種無時間的“狀態空間”能為描述時空提供更準確的框架。

如果把時間作為空間第四維，也就是作為一種讓各種實驗在其中發生的基本物理實體，這種“時間”就能通過一種時間不存在的實驗來證偽，如庫侖實驗，從數學上講，這種實驗只發生在空間里。反過來，把時間概念作為一種空間變化的數字順序，只有空間是容納各種實驗發生的基本物理存在，盡管這一概念也能被時間不是物質變化順序的實驗所證偽，但這樣的實驗至今尚未發現。

索里說：“實驗中我們用時鐘來測量的時間數據，是物質變化，比如空間位移的數字順序。”

新概念的現實應用

把時間只當作是變化的先后順序，還能解決阿喀琉斯追烏龜的“芝諾悖論”。在這一悖論中，阿喀琉斯和烏龜賽跑，讓烏龜在自己前面，盡管阿喀琉斯的速度是烏龜的10倍，卻永遠也趕不上烏龜，因為阿喀琉斯跑的每段距離的時間中，烏龜都會向前跑1/10的距離，所以無論什么時候阿喀琉斯達到了烏龜的位置，烏龜總會向前那么一點點。盡管阿喀琉斯永遠不能追上烏龜的結論明顯錯誤，卻有各種不同的分析來破解。

而研究人員用重新定義的速度解釋了這一悖論。兩個參賽者的速度來自它們的運動順序，而不是時間上的替代和方向。從這一角度出發，阿喀琉斯和烏龜只在空間里運動，阿喀琉斯能在空間里超過烏龜，而不涉及絕對時間。

新的時間概念也能符合我們直覺中所設想的時間。許多神經病學方面的研究已經證實，我們有過去、現在和未來的感覺。這種證據導致了大腦以一種內部“時鐘”的形式來表現，發出神經性計時，即定速累積模型（pacemaker-accumulator model）。然而，最近的研究挑戰了傳統的觀點，通過檢測不同的神經群的活性，認為大腦是以一種空間分布方式來表現時間，盡管我們感覺事件的發生有過去、現在、未來，這些概念僅僅是我們體驗空間物質變化的心理框架。