🚔 🕳️ 🍜 一个世纪前的数学方法中，发现了揭示时间本质的新钥匙。 ▪️ 🤤 🕖

从物理学定律得出，时间的流逝只是一种幻想。为避免得出此结论，我们可能不得不重新考虑数字的无限精确性。

如果数字不能以无穷的顺序写下来，那么未来就不是预定的，

这很奇怪，尽管在我们看来，我们正在穿越时光，一直处在固定的过去与开放的未来之间的精细界限上，但这种面孔-现在-并没有以任何方式表现出来。现有的物理定律。

例如，在爱因斯坦的相对论中，时间与空间的三个维度交织在一起，并形成了一个灵活的四维时空连续体-“ 块宇宙”“涵盖了过去，现在和未来。爱因斯坦的方程式从一开始就将块宇宙中的一切描述为已成定局；宇宙的初始条件决定了下一步将发生什么，并且没有意外发生-它们似乎只是意外。”对于相信我们的我们爱因斯坦在去世前几周于1955年写道：“过去，现在和未来之间的区别只是一种顽固而持久的幻想。”

爱因斯坦所坚持的永恒而永恒的现实观在今天很流行。里斯本大学的宇宙学家玛丽娜·科特斯（Marina Cortes）说：“大多数物理学家都相信块宇宙，正如广义相对论所预言的那样。”

但是，她补充说：“如果您要求一个人更深入地理解块宇宙的概念，他将开始提出问题并怀疑这种想法的后果。”

物理学家在时间点上仔细反思了量子力学的问题-描述粒子的概率行为的定律。在量子尺度上，发生了不可逆转的变化，将过去和未来分开了。粒子保留几个量子态，直到您对其进行测量，然后该粒子呈现这些态之一。尽管粒子的集体行为遵循统计定律，但单个测量的结果莫名其妙地证明是随机且不可预测的。量子力学中时间的本质与其在相对论中的工作方式之间的明显差异造成了不确定性和混乱。

去年，瑞士物理学家尼古拉斯·吉赞（Nicholas Gizin）发表了四篇作品，试图消除物理学中的雾气。 Gizin认为这个问题最初是数学上的。他认为，一个世纪前的数学语言很容易表达一种通常意义上的时间，也就是我们所说的真实时间，这是一种直觉主义的数学，它拒绝存在无限数量的数字。吉赞认为，当使用直觉数学来描述物理系统的演化时，很明显“时间在流逝，创造了新的信息”。此外，在这种形式主义中，遵循爱因斯坦方程式的严格确定论让位于类似于量子的不确定性。如果数字是有限的，并且精度受限制，则自然本质上将变得不准确，因此无法预测。

到目前为止，物理学家仍在消化Gizin的工作-极少数情况下，人们试图用一种新的数学语言来重新制定物理定律-但是，对他的论点感兴趣的人相信，原则上他们将能够缩小广义相对论（GR）的确定性与固有随机性之间的概念鸿沟量子尺度。哈佛大学量子信息专家妮可· 容格·哈珀恩（Nicole Junger Halpern）回应吉赞（Gizin）最近在《自然物理学》上发表的文章

说：“这似乎令我很感兴趣。” “我准备给直觉主义数学一个机会。”

科尔特斯称吉赞的方法在后果方面“极其有趣”，“震惊而挑衅”。她说：“这确实是一个非常有趣的形式主义，解决了自然界中的有限准确性问题。”

吉赞说，重要的是要制定考虑未来开放和当前现实的物理定律，因为这是我们感知时间的方式。他说：“我是一位坚定的物理学家。” “时间流逝，我们都知道。”

信息和时间

吉辛（Gizin）现已67岁，是一名实验师。他在日内瓦大学经营一个实验室，该实验室在量子通信和量子密码学领域进行了革命性的实验。但是，他很少碰巧同时在物理学的两个前沿上工作，并且以其重要的理论构想而闻名，尤其是那些与量子概率和非局部性（或纠缠）有关的思想。

在周日的早晨，吉赞没有去教堂，而是出于习惯，静静地坐在自己的家用椅子上，坐着一杯乌龙茶，思考着深奥的概念谜语。大约在两年半前的星期天，他意识到爱因斯坦理论和其他“古典”物理学中确定的时间图意味着存在着无限量的信息。

尼古拉斯·吉赞（Nicholas Gizin）在他的办公室里，俯瞰花园

以天气为例。由于它的行为不规律，或者对小变化非常敏感，因此我们无法提前一周准确地预测天气。但是由于这是一个经典系统，教科书说，原则上，如果我们能够以足够的精度测量蝴蝶的每一朵云，每一阵风和每一扇翅膀，我们都可以预测一周的天气。我们自己应该为以下事实负责：我们无法以足够的小数位数来测量条件以将其推算到未来并做出完全准确的预测-毕竟，真实的天气物理学的表现就像发条一样。

现在，我们将把这个想法扩展到整个宇宙。在一个仅显示时间演变的预定世界中，应该从一开始就知道每个发生的一切，从每个粒子的初始状态开始，它们都是无限精确地编码的。否则，在遥远的将来，手表宇宙将破灭的时机已经到来。

但是，信息是物理量。现代研究表明，它需要能量并占用空间。任何数量的空间都具有有限的信息容量（信息的最密集堆积在黑洞中）。正如吉赞所理解的那样，宇宙的初始条件将需要把太多的信息压缩为太少的信息。他说：“具有无限符号数的实数不能与物理学相关。” 意味着存在无限信息的块状宇宙应该崩溃。

他决定找到一种新的物理时间描述方法，而不涉及对初始条件的无限精确的了解。

时间的逻辑

对于实数连续性的存在的现代认识，因为其中大多数实数的记录使用了无限多个小数位，实际上并没有保留20世纪前几十年围绕该问题的激烈辩论的痕迹。伟大的德国数学家戴维·希尔伯特（David Hilbert）支持今天的标准思想，即实数存在并且可以将它们作为完整的实体进行操纵。这个想法遭到数学上的“直觉主义者”的反对，其中的领袖是著名的荷兰拓扑学家Leutzen Egbert Jan Brauer，他认为数学是一种建构。 Brower坚持必须构造数字，必须计算或一次随机选择一个数字。 Brower说，数字是有限的，并且也是过程：随着新数字出现在``选举序列''（以他的术语）中，它们会变得越来越准确-该函数以更高的准确性提供值。

通过将数学与可以构造的东西联系起来，直觉主义对实用数学产生深远的影响，并确定哪些陈述可以被认为是正确的。与标准数学最根本的区别是违反了被排除在外的第三定律 -自亚里斯多德时代起就一直崇高的原则。排除在外的第三者定律指出，陈述或否定都可以成立-这套明确的选择提供了非常强大的得出结论的工具。但是在布劳威尔（Brouwer）概念中，与数字相关的特定时刻的陈述可能既不是真也不是假，因为数字的确切含义尚未显示出来。

当涉及到数字（例如4、1 / 2或π），周长与直径之比时，它与标准数学没有什么不同。尽管数字π是不合理的，并且没有有限的十进制表示法，但是有一种算法可以生成它的符号，使π与½相同。但是，让我们看一下另一个数字x，它与½相距不远。

假设x = 0.4999，其余数字出现在选举顺序中。也许9的序列将永远持续下去，然后x趋向于½（对于标准数学而言，这一事实0.499（9）= 0.5也是正确的，因为在这种情况下，x和½之间的差小于任何有限数）。

但是，如果将来某个时候该序列中出现的数字不是9，例如x的值变成4.99999999999999（7），则无论接下来发生什么，x都将小于½。但是，到目前为止，当我们仅知道值0.4999时，“我们不知道是否会出现9以外的数字，”耶路撒冷希伯来大学数学哲学家卡尔·波西（Karl Posi）解释说。。 “研究x时，我们不能说x小于½，也不能说x等于½。”语句“ x等于½”是假的，也被拒绝。排除第三者的法律无效。

此外，连续体不能清楚地分为两部分，其中一部分将由小于1/2的所有数字组成，第二部分-大1/2。“如果您尝试将连续体切成两半，则数字x会粘在刀上，而不会左右移动，”波西说。“连续体是粘稠的。”

希尔伯特将消除数学上被排除的三分之一的定律与“禁止拳击手使用拳头”进行了比较，因为该原理是数学推论的重要部分。尽管Brouwer的直觉平台吸引了诸如KurtGödel和Hermann Weil之类的人，并使他们感到高兴，但是由于其易于使用，标准数学及其实数在当今流行。

时间部署

Gizin在去年5月的Posey的一次会议上首次遇到直觉数学。当他们开始交谈时，吉赞迅速注意到他数学平台上数字的小数位与宇宙中时间的物理概念之间的联系。似乎数字的物化自然对应于确定当前并使不确定的未来变为现实的一系列时刻。可以将被排除的第三者定律的缺失与未来的不确定性进行比较。

在工作中吉辛（Gizin）和他的同事弗拉维奥·德尔·桑托（Flavio del Santo）于去年12月发表在《物理评论A》杂志上，他使用直觉主义数学公式化了经典力学的另一种形式，做出了与标准方程式相同的预测，但将事件描述为不确定性（代表宇宙）。意外的事情发生了，时间也在展开。

它类似于天气情况。回想一下，我们无法准确地预测天气，因为我们不知道地球上每个原子的无限精确的初始条件。但是，在吉赞事件发展的非确定性版本中，这些确切的数字根本不是。直觉数学假定：实时选择表示天气状态并控制其时间演变的数字，这些数字是实时选择的，而未来则是一系列选择。苏黎世瑞士联邦理工学院的量子物理学家雷纳托·雷内（RenatoRené）表示，吉赞的论点“倾向于使确定性预测原则上不可能。”

换句话说，世界是不确定的，未来是开放的。根据吉赞（Gizin）的观点，“时间不会像电影一样展开。这是一个创造性的部署。随着时间的推移会创建新的数字。”

菲·道克伦敦帝国理工学院的量子引力理论专家说，“非常同情”指的是Gizin的论点，因为“他在那些相信物理学与我们的感觉不符的人的阵营中，因此我们我们错过了。”道克同意，数学语言构成了我们对物理学时间的理解，而将实数视为成熟实体的标准希尔伯特数学绝对是静态的。它的典型特征是永恒性，当我们尝试考虑诸如时间流逝之类的动态事物时，这无疑限制了我们的物理学家。”

对于像陶克这样对引力与量子力学之间的关系感兴趣的物理学家来说，这种新的时间观的最重要后果之一将是它如何开始在两者之间架起一座桥梁，就像长期以来认为的那样，这是不相容的世界观。伦内说：“对我个人而言，后果之一就是古典力学在某些方面比我们想象的更接近量子。”

量子不确定度和时间

如果物理学家想解决时间之谜，他们将不仅要处理爱因斯坦的时空连续体，而且要处理宇宙本质上是量子的事实，并且受概率和不确定性控制。量子理论对时间的描述与爱因斯坦的理论截然不同。伦纳说：“我们两个最大的物理理论，量子理论和广义相对论，做出了不同的表述。”他和其他几位物理学家说，这种差异是人们对引力量子理论进行深入研究的核心-对时空量子起源的描述-以及对为什么发生大爆炸的理解。 “如果您研究所有的悖论和问题，那么最终它们都会归结为这种时间概念。”

在量子力学中，时间是艰难的，它不会像GR中的那样弯曲或与空间测量交织在一起。此外，对量子系统的测量“使量子力学中的时间不可逆，而GR则是完全可逆的，” Renner说。 “因此，时间在我们仍然无法真正理解的所有方面中发挥着作用。”

许多物理学家将量子物理学的陈述解释为关于宇宙非确定性的陈述。 “好吧，我的上帝，好吧，让我们拿两个铀原子：一个铀原子在500年后衰变，另一个铀原子在1000年后衰变，它们在各个方面都完全相同，” 高级研究所的物理学家尼玛·阿卡尼·哈默德（Nima Arkani-Hamed）说。在新泽西州普林斯顿。 “在所有合理的意义上，宇宙都不是确定性的。”

但是，其他有关量子力学的流行解释，包括“多世界”解释，保留了经典的确定性时间概念。在这些理论中，量子事件是在预定现实的框架内进行的。例如，多世界理论说，每个量子维将世界划分为几个分支，这些分支实现了每种可能的结果，并且所有这些都是预先已知的。

吉津的思想正在朝着不同的方向发展。他希望不要试图让量子力学成为确定性理论，而是希望在古典物理学和量子物理学中给出一种通用且非确定性的语言。但是，他的方法在一个重要方面与标准量子力学不同。

在量子力学中，信息可以被混淆或加密，但是不能被创建或破坏。但是，正如吉赞所建议的那样，如果决定宇宙状态的数字中的数字随时间增长，则意味着新信息的出现。吉赞说，他完全拒绝保留信息的想法，主要是因为“显然，在测量时会创造新的信息。”他补充说：“我的意思是，我们需要一种看待这些想法的新方法。”

这种新的信息方法可以帮助解决黑洞信息悖论 - 黑洞吞没的信息会发生什么。 GTR表示信息已被破坏；量子理论说它一直存在-因此自相矛盾[并非如此：在广义相对论中，黑洞是坚不可摧的物体，因此没有悖论。量子理论提出了由于霍金辐射而导致黑洞蒸发的可能性，在这种情况下出现了/近似的矛盾。佩雷夫。 ]。如果根据直觉数学的不同形式的量子力学表述允许通过量子测量来创建信息，那么它也有可能破坏信息。

乔纳森·奥本海姆伦敦大学学院的一位理论物理学家认为黑洞中的信息确实丢失了。吉赞说，他不知道布劳维尔的直觉主义是否会成为证明这一点的关键，但他说，我们有理由相信信息的创造和破坏与时间密切相关。 “随着时间的推移，信息被破坏了；如果您在太空中移动，它不会被破坏，”奥本海姆说。构成爱因斯坦块宇宙的测量值彼此之间非常不同。

直觉数学除了支持创造时间（可能是破坏性的）的想法外，还提供了对时间意识的新解释。请记住，在此参考框架中，连续体是粘稠的，不能分为两部分。 Gizin将这种粘性与我们对当前的“密度”感联系在一起-我们认为这是一个真实的时刻，而不仅仅是零大小的点，它分裂了过去和未来。在标准物理学中，基于标准数学，时间是一个连续参数，可以在数字线上取任何值。吉赞说：“但是，如果您想象直觉数学的连续性，那么您将无法将其切成两半。”他说，它很厚，就像蜂蜜一样。

到目前为止，这只是一个比喻。奥本海姆说：“他对我们对时间密度的感觉很好。” 我不知道我们在哪里得到这种感觉。”

时间的未来

吉赞的思想引起了其他理论家的各种反应，每个理论家都可以提供自己的思想实验和关于时间的思想。

几位专家一致认为，实数在物理上似乎并不真实，物理学家需要一种不以其为基础的新形式主义。艾哈迈德·阿尔梅里（Ahmed Almeyri）研究所的理论物理学家，研究黑洞和量子引力的科学家表示，量子力学“干扰了连续体的存在”。量子数学将能量和其他数量分组，更像是整数而不是连续统。黑洞内的无限数被切除。他说：“似乎黑洞可以具有无限数量的内部状态，但是它们被裁剪了，”他说。 “实数不能存在，因为您不能将它们隐藏在黑洞中。否则，他们可能会在那里隐藏无限量的信息。”

桑杜·波佩斯库（Sandu Popescu）布里斯托大学的物理学家，经常与吉赞互动的他同意吉赞的非确定性世界观，但表示他不确定直觉数学的必要性。波佩斯库不同意将实数视为信息的观点。

阿卡尼·哈默德（Arkani-Hamed）认为，使用直觉数学作为Gizin很有趣，并且可能与诸如黑洞和大爆炸（重力和量子力学似乎发生冲突）的情况有关。他说：“这些问题-有关有限数，有关基本事物，关于无数个数字的存在或关于数字的逐渐出现，可能与我们在不知道如何应用的情况下应如何考虑宇宙学有关量子力学。 ”他还认为，有必要创建一种新的数学语言，以使物理学家从无限的准确性中解脱出来，并使他们“谈论不断处于轻微模糊状态的事物”。

吉赞的想法在许多方面引起共鸣，但它们的设计仍不正确。他希望找到一种方法来用有限和模糊直觉数学重新定义相对论和量子力学理论，因为他设法用经典力学做到这一点，并可能将这些理论结合在一起。他对如何解决问题的量子部分有想法。

无限性在量子力学中表现出来的一种方式是“尾巴问题”。尝试定位一个量子系统，例如月球上的电子。吉赞说：“如果使用标准数学进行此操作，则必须承认在地球上检测到这种电子的可能性非常小。”数学函数的尾部表示粒子的位置，“成指数地变小，但保持非零”。

但是，吉赞感兴趣的是：“什么现实归因于极少数？大多数实验人员会说：认为它是零，仅此而已。但是，更倾向于理论的人会说：但是，根据数学，那里应该有东西。”

他继续说：“但是，这完全取决于特定的数学。” -古典数学中有一些东西。在直觉数学中，没有。没有”。电子在月球上，它在地球上的机会确实为零。

自从吉辛（Gizin）发表他的作品以来，未来变得更加不确定。现在世界处于危机之中，他的每一天都像星期日。他远离实验室，除了视频链接外，没有其他机会见到孙女，他打算继续他的想法，坐在家里喝杯茶，欣赏花园景色。