The earliest time measurements were observations of cycles of the natural world, using patterns of changes from day to night and season to season to build calendars. More precise time-keeping, like sundials and mechanical clocks, eventually came along to put time in more convenient boxes. But what exactly is it that we’re measuring? Is time something that physically exists, or is it just in our heads? At first the answer seems obvious— of course time exists; it constantly unfolds all around us, and it’s hard to imagine the universe without it.
การวัดเพื่อบอกเวลาที่เก่าแก่ที่สุด คือการสังเกตวัฏจักร ของโลกตามธรรมชาติ โดยการใช้รูปแบบของการเปลี่ยนผ่านซ้ำ ๆ จากกลางวันสู่กลางคืน และจากฤดูหนึ่งสู่อีกฤดูหนึ่ง เพื่อสร้างเป็นปฏิทิน การบอกเวลาที่แม่นยำขึ้น เช่น นาฬิกาแดด และนาฬิกาที่มีกลไก ก็ตามมา เพื่อนำเวลา มาใส่ไว้ในกล่องที่ใช้ได้สะดวกขึ้น แต่จริง ๆ แล้วเรากำลังวัดอะไรกันแน่ เวลาเป็นสิ่งที่มีอยู่จริง ๆ หรือเป็นแค่สิ่งที่เราคิดไปเอง ในตอนแรก คำตอบดูเหมือนจะชัดเจนว่า เวลามีอยู่จริงแน่ ๆ มันอยู่ล้อมรอบตัวเราตลอดเวลา และมันยากที่จะนึกถึงเอกภพที่ไร้ซึ่งเวลา
But our understanding of time started getting complicated thanks to Einstein. His theory of relativity tells us that time passes for everyone, but doesn’t always pass at the same rate for people in different situations, like those travelling close to the speed of light or orbiting a supermassive black hole. Einstein resolved the malleability of time by combining it with space to define space-time, which can bend, but behaves in consistent, predictable ways.
แต่ความเข้าใจของเราเรื่องเวลา เริ่มที่จะซับซ้อนขึ้นเนื่องมาจากไอน์สไตน์ ทฤษฎีสัมพัทธภาพของเขาบอกเราว่า เวลาเดินผ่านทุก ๆ คน แต่ไม่ได้เดินผ่านด้วยอัตราที่เท่ากัน สำหรับคนที่อยู่ในสถานการณ์ที่ต่างกัน อย่างคนที่เดินทางเข้าใกล้ความเร็วแสง หรือโคจรรอบหลุมดำขนาดมหึมา ไอน์สไตน์แก้ปัญหาความไม่แน่นอนของเวลา ด้วยการรวมมันเข้ากับอวกาศ (ปริภูมิ) โดยเรียกว่า ปริภูมิ-เวลา ที่ซึ่งสามารถโค้งงอได้ แต่เป็นไปในทางที่สม่ำเสมอและคาดเดาได้
Einstein’s theory seemed to confirm that time is woven into the very fabric of the universe. But there’s a big question it didn’t fully resolve: why is it we can move through space in any direction, but through time in only one? No matter what we do, the past is always, stubbornly, behind us. This is called the arrow of time.
ดูเหมือนว่าทฤษฎีของไอน์สไตน์จะยืนยันได้ว่า เวลาได้ถูกถักทอเข้ากับเนื้อผ้าของเอกภพ แต่มีคำถามใหญ่อีกข้อหนึ่ง ที่เรายังไม่สามารถตอบได้ทั้งหมด ทำไมเราถึงสามารถเคลื่อนที่ ไปในอวกาศได้ในทุกทิศทาง แต่กลับเดินผ่านเวลาได้เพียงทางเดียว ไม่ว่าเราจะทำอย่างไร อดีตก็ยังอยู่หลังเราเสมอ ไม่ยอมไปไหน นี่เรียกว่า ลูกศรแห่งกาลเวลา
When a drop of food coloring is dropped into a glass of water, we instinctively know that the coloring will drift out from the drop, eventually filling the glass. Imagine watching the opposite happen. Here, we’d recognize time as unfolding backwards. We live in a universe where the food coloring spreads out in the water, not a universe where it collects together.
เมื่อเราหยดสีผสมอาหาร ลงน้ำในแก้ว เรารู้โดยสัญชาตญาณเลยว่า สีนั้นจะค่อย ๆ กระจายออก และในที่สุดก็จะกระจายเต็มแก้ว ลองนึกภาพถึงสิ่งที่ตรงข้ามกัน ณ ที่นี้ เรารับรู้ได้ว่าเวลาเดินย้อนกลับ เราอยู่ในเอกภพที่สีผสมอาหาร กระจายออกในน้ำ ไม่ใช่เอกภพที่ดูดมันรวมเข้าด้วยกัน
In physics, this is described by the Second Law of Thermodynamics, which says that systems will gain disorder, or entropy, over time. Systems in our universe move from order to disorder, and it is that property of the universe that defines the direction of time’s arrow.
ในทางฟิสิกส์ นี่ถูกอธิบายไว้ด้วย กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ ซึ่งกล่าวไว้ว่าระบบ จะเริ่มไม่เป็นระเบียบมากขี้น หรือเอนโทรปี เมื่อเวลาผ่านไป ระบบต่าง ๆ ในเอกภพของเรานี้ เคลื่อนจากความเป็นระเบียบสู่ความไร้ระเบียบ และด้วยคุณสมบัติของเอกภพข้อนี้เอง ที่กำหนดทิศทางลูกศรแห่งกาลเวลา
So if time is such a fundamental property, it should be in our most fundamental equations describing the universe, right? We currently have two sets of equations that govern physics. General relativity describes the behavior of very large things, while quantum physics explains the very small. One of the biggest goals in theoretical physics over the last half century has been reconciling the two into one fundamental “theory of everything." There have been many attempts —none yet proven— and they treat time in different ways. Oddly enough, one contender called the Wheeler-DeWitt equation, doesn’t include time at all.
ดังนั้นหากเวลา เป็นคุณสมบัติพื้นฐานเช่นนั้นแล้ว มันก็ควรจะเป็นสมการพื้นฐานที่สำคัญที่สุด ในการอธิบายเอกภพของเรา ถูกไหม ปัจจุบันเรามีสมการอยู่สองชุด ที่ควบคุมฟิสิกส์ ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปอธิบาย พฤติกรรมของสิ่งใหญ่มาก ๆ ในขณะที่ ฟิสิกส์ควอนตัมอธิบายสิ่งที่เล็กมาก ๆ หนึ่งในเป้าหมายที่ยิ่งใหญ่ที่สุด ในฟิสิกส์เชิงทฤษฎี ในช่วงครึ่งศตวรรษที่ผ่านมา คือการรวมทฤษฎีทั้งสอง ให้เป็นทฤษฎีพื้นฐานหนึ่งเดียว "ทฤษฎีสรรพสิ่ง" มีความพยายามหลายครั้ง ที่ยังพิสูจน์ไม่ได้ ซึ่งปฏิบัติต่อเวลาด้วยวิธีที่ต่างกัน ประหลาดแท้ที่ว่ามีความพยายามหนึ่ง ที่เรียกว่า สมการวีลเลอร์-เดอวิตต์ ไม่มีเวลาอยู่ในนั้นด้วยซ้ำ
Like all current theories of everything, that equation is speculative. But as a thought experiment, if it or a similarly time-starved equation turned out to be true, would that mean that time doesn’t exist, at the most fundamental level? Could time just be some sort of illusion generated by the limitations of the way we perceive the universe? We don’t yet know, but maybe that’s the wrong way of thinking about it. Instead of asking if time exists as a fundamental property, maybe it could exist as an emergent one.
เช่นเดียวกับทฤษฎีสรรพสิ่งในปัจจุบัน ที่สมการยังเป็นการคาดการณ์ แต่ลองคิดดูนะ หากสมการนี้หรือสมการไร้เวลาที่คล้ายกันนี้ เกิดกลายเป็นจริงขึ้นมา มันจะหมายความว่า เวลาไม่มีอยู่จริง ในระดับพื้นฐานที่สุดอย่างนั้นหรือ เป็นไปได้หรือไม่ว่าเวลาเป็นเพียงภาพลวงตา ที่เกิดจากข้อจำกัดของวิธี ที่เรารับรู้เอกภพ เรายังไม่อาจรู้ได้ แต่นั่นก็อาจจะเป็นวิธีคิดที่ผิด แทนที่จะถามว่าเวลามีอยู่จริงหรือไม่ ในฐานะคุณสมบัติพื้นฐาน บางทีมันอาจจะมีอยู่จริงแบบอุบัติก็ได้
Emergent properties are things that don’t exist in individual pieces of a system, but do exist for the system as a whole. Each individual water molecule doesn’t have a tide, but the whole ocean does.
คุณสมบัติอุบัตินั้น เป็นสิ่งที่ไม่ได้เกิดขึ้น ในส่วนหนึ่ง ๆ ของระบบใด ๆ แต่เกิดขึ้นกับระบบทั้งระบบ โมเลกุลของน้ำแต่ละโมเลกุล ไม่ก่อให้เกิดกระแสน้ำขึ้นน้ำลง แต่ทั้งน้ำมหาสมุทรทำได้
A movie creates change through time by using a series of still images that appear to have a fluid, continuous change between them. Flipping through the images fast enough, our brains perceive the passage of time from the sequence of still images. No individual frame of the movie changes or contains the passage of time, but it’s a property that comes out of how the pieces are strung together. The movement is real, yet also an illusion. Could the physics of time somehow be a similar illusion?
ภาพยนตร์สร้างการเปลี่ยนแปลงผ่านเวลา ด้วยการใช้ชุดภาพนิ่งที่ทำมีการไหล อย่างต่อเนื่องจากภาพสู่ภาพ การพลิกผ่านภาพเหล่านั้นให้เร็วพอ ทำให้สมองของเรารับรู้การผ่านไปของเวลา จากลำดับของภาพนิ่งที่ผ่านไป ภาพนิ่งแต่ละเฟรมของภาพยนตร์นั้น ไม่ได้เปลี่ยนไปเลย และก็ไม่ได้ประกอบไปด้วยเวลาที่ผ่านไป แต่เป็นคุณสมบัติที่ออกมาจากวิธีที่ ภาพนั้นถูกเรียงร้อยเข้าด้วยกัน การเคลื่อนไหวเกิดขึ้นจริง แต่ก็เป็นภาพลวงตาด้วย เป็นไปได้หรือไม่ว่าฟิสิกส์ของเวลา อาจเป็นภาพลวงตาที่คล้ายกันนี้
Physicists are still exploring these and other questions, so we’re far from a complete explanation.
นักฟิสิกส์ยังคงหาคำตอบ ให้คำถามเหล่านี้และคำถามอื่น ๆ เราจึงยังคงห่างไกลจากคำอธิบายที่สมบูรณ์
At least for the moment.
อย่างน้อยก็ในตอนนี้