時間與空間是無處不在的，但時間與空間到底是什麼呢？
在生活中，我們可以通過很多具體概念或直觀感受，去理解、描述和感知時間與空間，但我們無法瞭解其本質，因為具體與直觀，無法抵達時間與空間的——底層構建與作用路徑。
顯然，時間與空間在事物的最底層，並支撐與構建瞭生活與萬物。
但科學視角，卻提供瞭一套繞過“具體與直觀”的邏輯路徑，讓我們可以在感知層面以下，洞察到時間與空間的“本質圖像”，即：底層構建與作用路徑。
本文，將會從相對論與量子力學的角度，去推演並解讀，時間與空間的本質所在。
主題目錄如下：
- 時間的本質
- 時間的方向
- 空間的本質
- 時間與空間
- 四維時空
- 場與以太
- 結語
- 後記1：為什麼光子沒有靜質量
- 後記2：光子與靜頻率
- 後記3：光與測地線
- 後記4：宇宙循環與時間對稱
- 後記5：熵、信息、時間
- 後記6：方程、概率與時間
- 後記7：非線性的時間
時間的本質
最簡單的理解，時間是用來描述變化的計量，沒有變化就沒有時間——這個理解在宏觀沒有問題，但在微觀不夠準確，因為光子就有變化沒時間，不過我們先從簡單開始，再慢慢展開復雜準確的理解。
那麼試想，如果一切都不再變化瞭，還會有時間嗎？
就算有時間，也沒有“變化之物”用來計時，就算例外一隻時鐘可以變化，這個時鐘上轉動的指針或是跳動的字符，到底是在記錄什麼呢？它描述的時間流逝還有意義嗎？
事實上，時間的發明和存在，就是為瞭——記錄或是描述某種變化的，例如：
- 地球的自轉變化產生瞭一天。
- 地球的公轉變化產生瞭一年。
- 太陽的周期變化產生瞭陽歷。
- 月亮的周期變化產生瞭陰歷。
- 人體的衰老變化產生瞭年齡。
而時間的基礎單位——秒：
- 最初是由秒擺的運動變化來計量的，
- 後來是地球的自轉變化來計量的，
- 然後是地球公轉變化來計量的，
- 最後是原子結構的輻射周期變化來計量的，即：銫133原子輻射電磁波的周期倍數。
可見，是變化產生瞭時間，而不是時間導致瞭變化，變化是物理客觀，時間是人為定義，即：物理變化（地球自轉一圈）定義瞭時間（一天），時間（一天）計量瞭物理變化（地球自轉一圈）。
那麼從感知上說，正是事物逐漸變化得不同以往，才使我們註意到瞭時間的流逝——相反，正是靜止的照片不會變化，它才可以捕捉並凝固時間。
因此，如果宇宙全部的一切（包括從微觀到宏觀），都靜止不動瞭，那麼變化就不存在瞭，隨之時間也就不存在瞭，同時也失去瞭計時的手段和意義。
而如果想要一切都靜止不動，就需要微觀粒子停止運動，但又因為“海森堡不確定性原理”指出——無法同時精確地獲得粒子的位置和動量。
所以，粒子絕對靜止，動量為零，位置確定，這就會與不確定性原理相矛盾——如果不確定性原理有效，那麼粒子就無法靜止不動。
這個不確定性原理（Uncertainty Principle），在量子力學中，是指粒子內在的稟性（即波粒二象性），其代表瞭粒子狀態（可觀測）的客觀現實。
在數學上，粒子狀態由波函數描述，在物理上，波函數被詮釋為隨機概率——這意味著，微觀粒子的狀態，其精確性受到瞭某種根本性的本質限制。
需要指出的是，如果沒有發現不確定性原理，我們就不能確定粒子無法靜止，是科技水平的限制——暫時無法做到，還是存在根本性的現實制約——永遠無法做到。
而從另一個角度來看，物質的溫度取決於其內部原子、分子等粒子的動能——如果粒子停止運動，其動能就低到瞭量子力學的最低點，此時物質即達到絕對零度。
然而，根據熱力學第三定律，絕對零度永遠無法達到，隻可無限逼近，所以粒子無法靜止不動。
對於，熱量（有絕對零度的限制）、概率（有不確定性原理的限制）與時間的關系，理論物理學傢——卡洛·羅韋利（Carlo Rovelli），在《七堂極簡物理課》中，曾通俗地指出：
“時間流逝這個鮮活的經驗從何而來？我認為答案就在熱量和時間的緊密聯系中：隻有當熱量發生轉移時，才有過去和未來的區別。熱量與概率相關，而概率又決定瞭：我們和周圍世界的互動無法追究到微小的細節。”
“……「時間的流逝」更多地出現在統計學與熱力學中，這可能就是揭開時間之謎的鑰匙。「此刻」（時間）並不比「此處」（位置）更加客觀，但是世界內部微觀的相互作用，促使某系統（比如我們自己）內部出現瞭時間性的現象，這個系統隻通過無數變量相互作用。”
“在引力、量子力學和熱力學三者的交叉地帶，許多問題糾纏在一起，而時間就位於這團亂麻的中心。”
那麼，如果微觀粒子無法停止變化，就表明時間是必須存在的，而微觀粒子的變化，就可以用量子態來計數——量子態的作用，就是描述瞭微觀粒子的運動狀態。
也就是說，計算不同量子態個數的變化（疊加態中的每一個態都要算），就是粒子時間的變化——類比來看，用量子態標記“時間戳”，就像用輻射光譜來標記原子的“指紋”。
簡而言之，時間就是量子尺度上可計數的狀態變化，即量子態計數。
例如，薛貓處在“生且死”的疊加態，就有兩個量子態，之後處在“生或死”的確定狀態，就隻有一個量子態，那麼這種量子態個數的變化，就是薛貓時間的變化——可見，疊加態的時間多於單一態。
而系統的量子態如何計數，這涉及到瞭——泡利不相容原理（Pauli Exclusion Principle），即：在費米子組成的系統中，不能有兩個或兩個以上的粒子，處在相同的量子態，而玻色子組成的系統則不受此限制。
這意味著，費米子系統——不能有全同粒子，量子態可以計數；玻色子系統——可以有全同粒子，量子態不可計數。
也就是說，由費米子構成的物質，其量子態計數的變化，就是在最微觀處，描述時間所需要的變化，即存在時間；而由玻色子構成的物質，沒有不同的量子態可以計數，或說沒有“有序”可以區分變化，即不存在時間。
需要指出的是，量子態相同，就沒有辦法計數的原因在於，粒子沒有明確的軌道，由於不確定性原理，它可以出現的位置是“概率雲”，所以就沒有辦法追蹤多個相同量子態中的一個，即不能給相同的量子態“編號”，這樣多個相同的量子態就沒辦法區分，隻能算一個，同時測量還會改變全同粒子的量子態，使其變得不同。
那麼，如果費米子與玻色子，不構成系統，僅獨立存在（也就是基本粒子），它們本身量子態變化，就會有時間，否則就沒有。而通常有質量，理論上就會衰變，衰變就會改變量子態計數，產生時間。
- 例如，光子是玻色子，它無論是組成系統（即一束光），還是單獨一個，其量子態計數都不存在變化，並且光子沒有質量，也不會衰變——說明光子沒有時間，或說時間靜止。
- 例如，電子是費米子，它在原子系統中，遵循不相容原理，兩個電子量子態無法相同——說明原子系統有時間；而單獨的兩個電子，它們的量子態是相同的——說明僅有兩個電子（沒有相互作用）的系統沒有時間。
- 例如，同一類誇克（如上誇克）是全同的基本粒子——說明單獨的誇克沒有時間，但由於“誇克禁閉”，誇克不能單獨存在，而由誇克組成的系統（如質子、中子）會由於弱力而衰變——說明誇克系統有時間，即：質子和中子組成的原子核有時間。
- 例如，正反粒子相遇湮滅（質量消失），或高能光子碰撞產生正反粒子（質量產生），其系統的量子態計數都會變化——說明這個系統有時間。
可見，時間所對應的變化，並不一定就是速度或是位置的變化，而是量子態計數的變化。那麼如果量子態計數不變，則意味著量子態全同系統，沒有歷史與未來，隻有靜止的現在。
需要深入說明的是，變化可以是相對的（即與參考系相關），也可以是絕對的（即與參考系無關），前者對應瞭相對時間（如相對速度有相對時間），後者對應瞭絕對時間（如加速度有絕對時間），而量子態計數的變化就是一種絕對變化，因為其過程存在（與參考系無關的）“狀態跳變”——微觀表現是出現過相互作用，宏觀表現是出現過加速度（即受力）——這可以看成是物質的絕對變化，而不是相對變化。
從這個角度來看，量子糾纏的超距作用，之所以不需要時間，就是因為處在糾纏態的粒子們，無論相距多遠，作為一個“整體系統”，其整體的量子態計數，在疊加態坍縮前後是不變的，從而這個過程也就沒有可計數的時間瞭。
例如，簡化模型，兩個糾纏態的粒子，每個粒子都處在正負自旋的疊加態（如50%正、50%負，正負代表不同的自旋方向），而自旋不同量子態就不同，那麼兩個粒子整體的量子態計數，就是一正一負，隻不過不確定誰正誰負（如50%正負、50%負正），而在超距作用之後，兩個粒子的自旋就會確定誰正誰負，但整體的量子態計數不變，即：始終為有一個正、有一個負。
那麼，疊加態的坍縮，即波函數的坍縮，這個過程前後（整體系統）的量子態計數是不變的，所以量子態坍縮也是不需要時間的，即可以瞬間完成坍縮。
因此，我們可以得出，任何不需要時間的相互作用，其過程前後，量子態計數都不會發生變化，即：變化不需要時間，是因為量子態計數沒有變化。
不過，這裡有兩點需要註意：
- 第一，量子態計數不變，就沒有信息，也無法傳遞信息，所以量子糾纏現象，其過程沒有信息。
- 第二，光子傳遞的信息，不是其自身的量子態變化，而是反應瞭費米子量子態的變化。
可見，信息與時間，在微觀的來源是共同的，即量子態的計數變化，或說是量子數自由度的排列組合，即量子比特（Qubit）——而量子糾纏，則可能是離散量子比特之間（由量子蟲洞連接）的關聯性質。
換言之，時空結構是量子比特，由量子蟲洞連接而成的，具有量子糾纏的，復雜信息網絡。
那麼如前所述，在數學上量子態用波函數描述——其取值是復數，因此物理上可看成“復數場”，而這個復數的模平方，其物理意義就是粒子狀態的概率——但函數即映射，且量子態必有量子化的非連續數值——所以量子態計數，可以通過統計波函數量子化的映射數來計算。
最後，時間不僅有長度（即變化的計數）——這是通常的時間意義，也有速度（即計數的快慢）——這是通常的時間流逝，如：秒針一圈的轉動變化，計數瞭一分鐘的時間長度，而秒針不同的轉動快慢（客觀上沒有絕對統一恒定不變的計數標尺），則計數瞭一分鐘不同的時間速度，即時間流逝的快慢（這個後面詳細討論）。
時間的方向
理論上，費米子構成瞭——物質結構，而玻色子則傳遞瞭——相互作用，那麼除瞭光子，另外還有三種玻色子：
- 膠子——沒有質量，無法抵達光速，由於誇克禁閉被束縛在原子核內部，相當於暫停時間。
- W和Z玻色子——有質量，無法抵達光速，通過弱相互作用減少費米子的質量，相當於消耗時間。
- 希格斯粒子——有質量，無法抵達光速，由希格斯場產生（場是粒子的集合，粒子是場的振動），而希格斯場還負責賦予其它粒子質量，相當於產生時間。
至於，超越光速產生虛數時間，並不對應著物理上的客觀存在，而在現實中，也沒有任何有質量的物體，可以抵達或是超越光速。
不過，有一種假想中的粒子，一直處在超光速運動的狀態，稱之為——快子，它的質量平方為負數，即擁有虛質量，對應瞭虛能量與虛時間。快子的存在，並不違背狹義相對論的設定，隻是目前並沒有發現其存在的證據。
但，如果僅從數學上來看，有正就有對稱的負，所以有正時間就有負時間，即存在時間倒流——隻不過，宇宙的演化具有方向，並不像數學隻有邏輯性和對稱性，而沒有方向的限制性。
然而，還有觀點認為，時間並不是連續的，而是量子化的——因為微觀粒子能量變化的非連續性，會讓時間也一起變得非連續，即存在一個最小的時間單位——就是普朗克時間（h / c，普朗克長度 / 光速），約為 10^-43秒。
但這不重要，所有對時間不同角度的描述，最終都會落實到變化上——時間是用來描述變化的計量，沒有變化就沒有時間瞭。
那麼，從微觀角度來看，量子態計數所描述的微觀變化，就是變化的終極本質，也就是時間的終極本質——代表著時間計數器“嘀嗒嘀嗒”的最終來源。
那麼，從宏觀角度來看，廣義相對論認為時間、空間、物質三者不能分開解釋，它們是宇宙的基本結構。因此，物質變化就一定會帶來時間的變化。這可以理解為，是微觀粒子的變化，積累形成瞭宏觀物質的變化，最終使得時間從微觀到宏觀，連續而統一的存在。
而在宏觀統計上，物質的變化是有方向的，即是宇宙無序熵增的方向——這對應瞭現實中，四種等價的變化：
- 第一，質量（有序結構，勢能）轉化成能量（無序運動，動能）。
- 第二，對稱性破缺（低溫，低對稱性）轉化成對稱性（高溫，高對稱性）。
- 第三，物質粒子（費米子）轉化成光子（玻色子）。
- 第四，量子態（不同）可計數，轉化成量子態（全同）不可計數。
也就是說：
- 質量——是低溫，導致對稱性破缺的有序結構，其微觀粒子的量子態不同，蘊含著勢能。
- 能量——是高溫，導致對稱性恢復的無序運動，其微觀粒子的量子態相同，蘊含著動能。
- 熵增——是從質量到能量，從低溫到高溫，從不對稱到對稱，從有序到無序，從物質粒子到光子，從勢能到動能，從靜止到光速，從不運動到運動的過程。
事實上，隻有不對稱才會有某種變化，如果一切都是對稱的，那麼一切操作的結果，就都具有瞭“不變性”，也就沒有瞭“變化”，即：對稱性具有不變性。
更深刻地說，對稱意味著不變，不變意味著守恒，守恒意味著可轉化，可轉化意味著存在相互作用，即：對稱蘊含著相互作用。
弦理論專傢——佈賴恩·格林（Brian Greene），在《宇宙的結構》中，給出過這樣一個視角：
“事實上，我們將會看到，宇宙的歷史在某種程度上可說是對稱性的歷史。宇宙演化中最關鍵的時刻就是平衡與秩序被突然打破的時刻，在這樣的時刻，宇宙的性質會突然變得不同於之前。”
物理學傢——尼爾斯·玻爾（Niels Bohr），曾有句名言：
“一個深刻真理的反面，可能是另一個深刻的真理。”——如果深刻真理源於物理定律，那麼基於對稱性，它的反面也會源於這個物理定律，所以也是深刻真理。
而從宏觀來看，時間就是熵的變化——熵增是時間流逝，熵減是時間倒流——而質量、低溫、不對稱、有序、物質粒子、勢能、靜止、不運動等——都可以看成是，存儲著“時間”，但會自然流逝。
例如，生命與產品的創造，是局部熵減——相當於（局部）產生時間；生命與產品的磨損，是局部熵增——相當於（局部）消耗時間。
例如，人體的衰老時間，微觀上是基因從有序到無序的變化，最本質是物質粒子量子態計數的變化，其過程是，基本粒子（主要是核外電子）變化影響瞭原子，原子變化影響瞭分子，分子變化影響瞭基因表達，基因表達影響瞭細胞運作，細胞運作影響瞭組織器官，最終影響瞭人體衰老變化，即衰老時間。
例如，低溫冷凍其實就是最簡單的——減緩時間流逝速度的方法，所以電冰箱才能夠冷凍保鮮——這裡“保鮮”其實就是保存瞭“生物體”的時間（生命時間已經清零）。
由此可見，時間的方向（即時間的變化）指向瞭——無序熵增和質能轉化。而光子沒有質量，僅有能量，量子態不可計數——則代表著時間變化的終點，所以光子的時間靜止，不再變化。
但需要指出的是，熵增是宏觀統計，在微觀可以隨機到熵減，要定量的描述時間——在宏觀可以用熵值計數，在微觀可以用量子態計數——而微觀與宏觀的分界線，就是量子效應，即：有量子效應是微觀，反之是宏觀。
最後，如果物質變化代表瞭時間，那麼這個變化的快慢，就會代表不同的時間流逝速度，這對應瞭兩種相對論的結論：
- 狹義相對論指出——相對速度越快，時間就越慢，即相對時間膨脹，反之亦反。
- 廣義相對論指出——近引力場越強，時間就越慢，即絕對時間膨脹，反之亦反。
換言之，速度與引力，都將會影響時間流逝的快慢。
但需要註意的是，根據廣義相對論，在超強引力場中（如黑洞中），時間可以慢到靜止，但這與光子的時間靜止，卻是兩種本質不同的靜止：
- 光子的時間靜止——是因為沒有質量，從而沒有瞭物質變化。
- 黑洞的時間靜止——是因為質量極大，引力將物質極端緊密的擠壓在一起，導致沒有運動、溫度幾乎抵達絕對零度，從而沒有瞭物質變化。
例如，史蒂芬·霍金（Stephen Hawking）通過結合部分的廣義相對論與量子力學，證明黑洞也擁有溫度，通過計算發現，質量約為3個太陽質量的黑洞，其溫度大約隻比絕對零度高一億分之一度（約1.8 * 10^-9K），這幾乎就沒有任何微觀運動瞭。
事實上，黑洞越大越冷，我們銀河系中心的質量約4 * 10^6個太陽質量的黑洞，溫度隻有1.5 * 10^-14K——這意味著，黑洞越大物質變化越慢，即時間越慢。
但致密黑洞的巨大質量，仍然可以通過霍金輻射（Hawking Radiation）蒸發，因此理論上，如果沒有通過其它方式獲得質量，黑洞將會不斷縮小，並最終消失。
最後，宇宙膨脹產生的物質變化，所帶來的時間變化，是宇宙各處均勻相同的，它與宇宙穿行的物質變化，所帶來的時間變化，是完全不同的，因為後者可以各不相同（包括瞭相對或絕對，但除瞭抵達光速時間靜止）。
空間的本質
因為有瞭物質，物質變化的呈現就是空間，比如長寬高、位置差、大小方向等，都是隨著物質變化所展現出來的——結構屬性。
而通常，我們所謂的空間感，最主要來源就是空，並且曾經人們覺得真空是沒有任何物質的。但沒有物質，又怎麼會有空間呢？後來，量子場論認為真空——並不是沒有任何物質，而是充滿瞭場和能量的。
事實上，場是一種存在於空間之中，“看不見摸不著”但確實存在的物質，如引力場、電磁場、誇克場、電子場、中微子場、光子場、希格斯場、量子場等等，都具有客觀存在的可觀測效應。
可見，場就是物質變化的范圍——它能夠被量子化激發，產生能量和動量，以及與微觀粒子發生相互作用。
那麼，真空中的場——其實是充滿瞭虛粒子的，並且虛粒子，會持續地隨機生成或湮滅於空間的任意位置，產生可觀測效應。而如果所有位置的虛粒子，都處在瞭最低能量態，那麼空間就抵達瞭最低能量態，即量子真空態。
於是，量子真空就可以理解為場的真空態——是場能量最低的狀態，此時場是不可觀測的，而可觀測的狀態，也就是有粒子的狀態——稱之為場的激發態。
由此可見，場的激發態產生瞭實粒子，所以可觀測，場的真空態隻有虛粒子，所以不可觀測。而所有場和粒子，可以分為兩類：
- 一類是物質場與物質粒子，如電子場與電子，
- 一類是規范場與規范粒子，如電磁場與光子。
於是，場就可以看成是，同類型粒子的集合，而場中的微小振動（即量子化激發），就產生瞭一類粒子，就如：
- 光子是電磁場的微小振動，
- 電子是電子場的微小振動，
- 希子是希格斯場的微小振動。
這可以形象地理解成，向平靜的湖面，扔下一個小石子，結果湖面波紋漣漪，於是平靜的湖面從能量最低態（即基態）中被激發瞭。
由此可見，真空並不是空的，裡面充滿瞭場和能量，而在宇宙中，也沒有什麼地方是“空”的，因為物質無處不在，並且也隻有物質存在，才會有空間的存在。
而從量子概率的角度來看，真空的結構其實極其豐富復雜——因為，它由粒子可以隨機出現和消失的，所有可能的方式疊加構建而成。
再從另一個角度來看，如果宇宙真的存在“空無一物”（即沒有物質）之處，那麼此處也應該不存在物理定律才對——但我們知道，物理定律在宇宙中是普適的，即無處不在的。
因此可以說，有物質才有空間——物質變化的呈現就是空間。
時間與空間
如前文所述，時間與空都是源於物質的變化，於是時間與空間，就（通過物質變化）一起構成瞭——緊密聯系不可分割的時空，並且時空與物質，就像是一個統一的整體，是一個共同的本質，所呈現的不同表象。
例如，在宇宙大爆炸的奇點，物質還沒有開始變化，所以時間與空間都是不存在的，同時一切物理定律也是不存在的，因為物理定律，就是描述物質變化的規律。
既然如此，那麼物質變化所產生的相互作用，以及所形成的特性，也就會體現在時間與空間所構成的時空之上。
所以，如果物質可以彎曲，那麼時空也就可以彎曲——換言之，時空是一個彈性介質，而不是一個固定不變的剛性介質。
在廣義相對論中，愛因斯坦認為，質量會讓時空彎曲，如果時空彎曲，光的路徑就會彎曲，因此光就會彎曲。於是，光在通過強引力場附近時會發生彎曲，這就是廣相的重要預言之一。而光路徑的“彎曲效應”早已經被實驗所證實。
例如，遙遠恒星的光線，經過太陽時會產生偏折。
在此需要註意的是，從廣相的視角來看，時空彎曲產生瞭“引力效應”，同時改變瞭光的路徑，所以並不是引力的吸引讓光彎曲，並且光沒有質量，這意味著光本身不會彎曲（影響）時空，但仍然會受到（其它質量）彎曲時空的影響。
例如，通過實際觀測，發現光路徑彎曲的角度，與廣相的計算結果一致，而廣相認為沒有引力，隻有時空彎曲——事實上，如果用狹相把光子的能量等效成質量，再用萬有引力計算，那麼光的彎曲角度，隻有廣相計算的一半，即：（萬有引力 + 狹相）產生的彎曲角度 * 2 = 廣相彎曲角度。
由此可見，物質變化——就是時空、質量與能量，三者的聯動變化，即：
質量彎曲時空，時空指引運動，運動產生能量，能量改變質量。
然而，如果時間與空間是一個時空整體，那麼我們就可以說，空間結構與時間結構是存在映射關系的，即：空間形狀一定對應瞭一種時間形狀。
那麼，時空彎曲就對應瞭空間彎曲與時間彎曲，其中空間彎曲就是空間結構具有曲率，但對於時間彎曲，具體是什麼意思呢？
意思就是說，時間在不同的空間位置上有不同的流逝速度，即：時間的流逝速度，對應瞭空間結構的曲率——如下圖所示，每一個空間位置都對應一個時鐘，每一個時鐘都有不同的時間速度，其速度取決於空間曲率。
圖片來自維基百科（Spacetime#Curvature_of_space）
而時空曲率，就代表（量化）瞭時間彎曲與空間彎曲——前者是時間結構，後者是空間結構，兩者一一對應。
於是，更進一步，那些奇異的空間結構（形狀）——如烏比斯環（帶）、克萊因瓶這種回環遞歸結構，也就存在對應的時間結構，即：時間的回路循環結構，也就是穿越時間的旅行。
有趣的是，哥德爾從（廣相）引力場方程中，解出瞭一個時空循環的宇宙，即：宇宙中存在一種世界線是“封閉”的自我循環結構，這被稱為——封閉式類時間曲線（Closed Time Like Curves, CTCs），並且根據哥德爾的計算，這類宇宙的尺寸應該是極大的——可能達到數十億光年。
而這種宇宙，沒有入口也沒有出口，從起點可以回到終點——這不僅說明，宇宙將會周而復始的循環，還隱含著穿越時間回到過去的可能。
最後，從某種角度來看，距離即是時間，因為需要“物質變化”才能穿越距離，而距離又是空間的屬性，所以——空間就是一種時間。
據此，聯想到編程領域，常用的優化技巧，就是空間換時間，即：存儲計算結果（增加空間）可以節省計算過程（減少時間）——反之更少空間就要更多時間。
例如，程序的運行時間少就要內存空間多，壓縮包的存儲空間少就要解壓時間多，反之亦然。
其實人生也是，可支配的空間（包括物質與精神），需要用可支配的時間來換取，所以你的時間越多，你的空間就越少（包括物質與精神）；同理利用更小的空間，就要花費更多的時間來設計，相反更大的空間則可以花費更少的時間來安排；那麼想要增加生命時間，就要減少磨損空間（或說熵增空間），想要增加快樂時間，就要減少腦補空間（或說瞎想空間）。
可見，在某些情況下，時間與空間是互為此消彼長的“反義詞”（即對立互斥的關系）。
四維時空
在狹義相對論中，宇宙模型是一個四維時空，即：三維空間加上一個一維時間。在此我們可看到，空間有三個自由度，而時間隻有一個自由度。
而愛因斯坦思維的飛躍性就在於：他認為在四維時空裡，宇宙的一切事物都以一個固定的速度在運動，即光速。因此，他把這個想法稱之為——“光速不變性”，即反映光速不變的特性。
對此，格林在《宇宙的結構》中，指出：
“愛因斯坦從牛頓理論的缺陷順藤摸瓜，發現瞭光的對稱性，將光速提升到瞭不可侵犯的大自然定律層次，宣稱其並不受運動的影響……”
那麼，要理解四維時空的光速不變性，就要從時間與空間兩個角度分別來看，然後再合起來看兩者的關聯，最後才能感知光速不變性的意義。
首先，看空間。
在空間中有速度，並且任何一個方向上的速度，都可以分解成三個空間維度上的分速度。也就說，在空間裡，速度可以在三個維度之間分解與合成，不同的形式是等價的。
例如，在三維空間中，任意方向的速度，都可以分解成，XYZ軸方向的三個速度，而空間速度的意義，其實就是在三個軸上的運動快慢。
其次，看時間。
那麼，在時間維度中有速度嗎？
顯然是有的，這就是時間流逝的快慢，它對應瞭空間裡運動的快慢，即：流逝快慢對應運動快慢。
而兩者的不同之處，就在於空間速度有三個維度，時間速度隻有一個維度。
然後，看時空。
既然時空是一個整體，且三維中的速度可以分解與合成，而時間維度也有一個速度，那麼在四維時空裡，空間速度與時間速度，可以相互分解與合成嗎？
愛因斯坦認為，是可以的，並且在四維時空裡，合速度的上限，就是光速——而這就是光速在四維時空裡的不變性，這也就是說：
- 如果物體在空間中是相對靜止，那麼它的空間速度就是0，時間速度就是光速；
- 如果物體的空間速度越來越快，那麼它的時間速度就會越來越慢，但合速度始終保持是光速；
- 如果物體的空間速度抵達光速，那麼它的時間速度就是0。
對此，著名物理學傢——喬治·伽莫夫（George Gamow），在《從一到無窮大》中，給出過一個通俗簡潔的視角：
“四維幾何必然會出現的結果：空間和時間，隻是恒定不變的四維距離在其對應軸上的投影。”
而由此得出的，就是狹相的結論，即：
- 如果相對速度越快（即空間速度越快），那麼相對時間越慢（即時間速度越慢）；
- 如果相對速度最快（即空間速度為光速），那麼相對時間靜止（即時間速度為0）；
- 如果相對速度靜止（即空間速度為0），那麼相對時間最快（即時間速度為光速）。
例如，光子就是空間速度為光速，時間速度為0；相對靜止的物體，就是空間速度為0，時間速度為光速。
可見，這個模型建立的前提，就是光速是速度的極限。
接著，理解時間速度。
由前文可知，四維時空的速度是個常數，即：光速 = 空間速度 + 時間速度，那麼這個時間速度應該如何理解呢？
類比來看，空間速度 = 位移變化 / 時間變化，則時間速度 = 自身時間變化 / 觀察者時間變化。
也就是說，時間速度代表著，物體自己的時鐘變化（動鐘時間變化）與相對觀察者靜止的時鐘變化（靜鐘時間變化）之間的數值比例。
事實上，時間速度為0，很好理解，就是時間不再變化，結合前文論述，也就是物質不再變化，但時間速度為光速是什麼意思呢？
由公式可見，當空間速度是0時，時間速度 = 光速 = 動鐘時間變化 / 靜鐘時間變化——這也可以理解成，物體的動鐘時間變化是靜鐘時間變化的光速倍。
那麼，如何才能讓物體的動鐘時間變化，出現光速倍的變化呢？
從變化角度來看，如果物質變化是0，即：物體的“時間速度是0、空間速度是光速”；相反，如果物體的“時間速度是光速、空間速度是0”，即：物質變化是光速。
那麼，物質變化是光速，是什麼意思呢？
這可以理解為，物質存在一個變化，其變化量是光速的數值——我們看到物質輻射出光子（如熱輻射），就會在出現“空間速度從0到光速”且“時間速度從光速到0”的變化量。
因為，物質減少的質量（即物質粒子）轉化成瞭能量（即光子），於是質量的空間速度——就會從0變成光子（空間速度）的光速，而質量的時間速度——就會從光速變成光子（時間速度）的0。
在此別忘瞭，光子相對任何速度都是光速，所以物質輻射光子的速度變化，是其它速度變化的光速倍，以此為時間標度，就實現瞭物質變化是光速，也就是時間速度為光速。
所以，如果物體的空間速度是0，則其質量（物質粒子）可以變成光子，即時間速度是光速；如果物質的空間速度是光速，則其質量（物質粒子）已經變成光子，即時間速度是0。
需要指出的是，熱輻射雖然會輻射光子，但通常物質的質量改變極小（因為m = E / c^2，可以忽略不計）——如果是衰變、裂變、聚變產生的熱輻射，就會明顯減少質量，如太陽輻射——不過，不論質量改變多少，熱輻射都在物質內部，產生瞭光速變化，即：能量以非光速（質量的動能）變成光速（光子的動能）。
而如果，物體的空間速度在“0到光速”之間，以靜系的觀察者來看，物體動系的動鐘變慢（即動鐘時間變化變小），所以物體的時間速度會下降（動鐘時間變化 / 靜鐘時間變化），即時間速度在“光速與0”之間。
換個角度來理解，相對速度具有相對能量，以靜系來看，物體的相對能量來自其光子能量的轉移，這相當於降低瞭光子的產生，所以物體的時間速度會下降。
但需要註意的是，時間速度與空間速度都是相對的，兩者之和具有絕對性，因此當時間速度或空間速度為光速時的變化，才具有絕對性，這即是“質量與光子”之間的轉化——別忘瞭，質量對應著絕對的時空曲率或加速度。
最後，看時空變化。
我們發現物質變化，其實就是“質量到光子”即“質量到能量”的轉化，而光子沒有質量，隻有能量，且時間靜止，這說明瞭——質量擁有時間，能量沒有時間，質量（物質粒子）到能量（光子）的轉化，即是時間的方向。
場與以太
曾經，人們認為宇宙空間中，充滿瞭一種看不見摸不著的空間介質，稱之為“以太”（Aether或Ether）。
後來，愛因斯坦在狹義相對論中，否定瞭以太的存在，當然科學實驗也一直未能找到以太存在的證據。
再後來，愛因斯坦的廣義相對論不斷地被驗證正確，可以解釋越來越多的實驗現象，此時愛因斯坦坦言：廣義相對論更像是一種場論。
而與此同時，量子場論在微觀，已經逐漸構建出瞭自己的各種場，並試圖兼容引力場，形成一個可以解釋萬物的——大統一理論（Grand Unified Theories，GUTs），但目前量子場論兼容引力場仍未有結果。
事實上，關於量子力學中的場——理論上它是充滿瞭整個宇宙的量，可以用數學上的一個函數描述——可見它並不是時空，而是定義在時空上的函數。
對應到現實，場有不可觀測的時候，但由於量子漲落，它又會出現可以觀測的時候，即通過相互作用來呈現。所以，場充滿瞭宇宙，其實是充滿瞭，可觀測和不可觀測狀態的疊加狀態，並會隨機的展現出一個狀態。
可在此，我們發現場與以太，兩者模型中所描述的——都是空間中充滿一種“不可見”的物質。隻不過以太受制於時代的局限性——認為這種不可見物質是實粒子，而在場中——這種不可見的物質被證明是虛粒子。
那麼，我們是否可以認為，物質所形成的時空模型，必然是充滿瞭“物質”的——就是質量與能量處在可觀測與不可觀測的混合隨機態，而場就是一種“虛以太”所形成的“濃湯”。
由此可見，光的傳播必然是在場中的（因為光在宇宙中），而場就是光的“介質”，因此光速就是相對於場（電磁場相對於某個“宇宙場”），而不是相對於光源的，所以光速相對於光源運動，具有不變性。
最後，在弦理論領域，就有這樣一句名言——“Nothing is Something!”
結語
或許，我們永遠也無法擁有，任意操控時間與空間的能力，但深刻地理解時間與空間，會使用我們擁有洞見自己與生活的力量。
顯然，在所有可能的層面上——體驗生活、感知宇宙，要比僅僅停留在符合人類感知能力的層面上，更加能夠——感悟自己、洞察世界。
而我們對時間與空間本質的理解，不僅是人類智能的證明與追逐，也最終會令我們瞭解——宇宙對人類感知范圍的限定，並從中看清人類自身的局限與無限。
那麼，一個人對時間的獨特理解，就代表著一個人與宇宙之間的獨特連接。
後記1：為什麼光子沒有靜質量
靜質量（Rest Mass）——也可以譯作剩餘質量，又稱不變質量（Invariant Mass），它通常是指物體靜止時，所擁有的質量，屬於物體內在的屬性，不隨參考系變化，在性質上與慣性質量一致。
首先，從理論上來說，光子沒有靜質量是一個假設，並且很多其它物理理論依賴於它。
事實上，假設是可以修改的，如果非要假設光子有靜質量也行，隻不過受其影響的理論都要做出相應的修訂。而這些理論，目前在光子沒有靜質量的假設之上工作的很好，也得到瞭大量實驗的驗證。
那麼，為什麼最開始會假設光子沒有靜質量呢？這是源於狹義相對論的推理，可以從兩個方面來說：
第一，狹義相對論假設光速不變原理，也就是說，光子在任意慣性系中都是光速運動，且不存在光速參考系的存在。
因此，光子就不存在靜止參考系（Rest Frame），即：不存在光子在其中靜止的參考系。所以，光子就不會靜止，進而假設光子沒有靜質量（Rest Mass），就是一種比較自然的選擇。
而靜質量對應到現實，就在於運動是相對的，那麼運動產生的動質量就是隨參考系變化的，於是不隨參考系變化的，自然就是靜質量瞭。
所以，相對論質量 = 不變質量（不依賴參考系）+ 變動質量（依賴參考系），即：相對論質量 = 靜質量 + 動質量。
第二，狹義相對論的質能方程指出：E^2 = m^2c^4 + p^2c^2（m是靜質量，p是動量）——如果光速常數c取值為1，則E^2 = m^2 + p^2。
也就是說，總能量 = 勢能 + 動能，也可以說，總能量 = 靜能 + 動能，其中勢能對應——靜能與靜質量，動能對應——動質量。
- 如果動能為0，總能量等於靜能，E = mc^2。
- 如果靜能為0，總能量等於動能，E = pc。
具體來說，勢能 = 宏觀勢能 + 微觀勢能，微觀勢能 = 內能 = 場能 = 靜能 = 原子能 + 自由能，自由能 = 電磁能 + 引力能，其中：
- 內能是從宏觀看，屬於物質內部的相互作用；
- 場能是從微觀看，屬於物質與場的相互作用；
- 靜能就是靜質量，自由能貢獻極少的靜質量；
- 宏觀勢能來自於，自由能轉化動能後的勢能。
顯然，如果微觀光子靜質量為0，那麼上述方程得到：E = pc，而在經典電動力學中，宏觀光的能量和動量剛好滿足：E = pc，於是這樣假設剛好就統一瞭光在宏觀與微觀的方程。
其次，我們從實驗角度來看，並沒有證據表明，光子的靜質量為0。
實驗原理是，如果光子有靜質量，靜磁場的行為會有所變化，那麼通過測量星球的磁場，就可以推算出光子靜止質量的上限。
目前的實驗結果是，光子的靜質量上限在10^-50kg到10^-63kg之間，要知道已知最輕的有靜質量的粒子——中微子，其質量是10^-37kg，光子比中微子要輕幾十個數量級。
那麼可以想象，光子的靜質量如果存在，是該有多麼多麼的渺小，以至於我們甚至都會懷疑——我們的實驗精度，是否真的能夠計算出光子的靜質量。
另外，實驗給出的是——光子靜質量的上限（即不會超過的數值），而沒有給出下限（即不會低於的數值）——換言之，光子靜質量的下限就是不確定的——可能等於0。
事實上，如果光子有靜質量，那麼光速就不是c，而c就是一個自然常數，並仍然是理論上速度的上限，隻不過光子的光速無法抵達c。
最後，綜上可見，雖然光子沒有靜質量是一個假設，但在目前人類知識的范圍內，是極其確定的一個結論。
後記2：光子與靜頻率
首先，質能方程（E = mc^2）給出瞭靜質量（m）對應的靜能量（E），光子是沒有這個靜能量的，因為光子沒有靜質量，隻有動質量。
換個角度理解，靜能量是粒子在靜止坐標系中的能量，而光速沒有靜止參考系，所以光子沒有靜能量。
其次，光子是有能量的，由普朗克公式（E = hv）得出，這裡的能量（E）不是靜質量，v是光子的頻率。
然後，我們會發現這兩個公式，都有一個能量E，如果是同一個類型的E，就可以形成一個新的等式，即：mc^2 = hv。
我們知道，普朗克公式中的能量E，並沒有限定是什麼類型的能量，所以若要新等式成立，就要限定普朗克公式中的能量為靜能量。
那麼，如果E = hv中的E是靜能量，頻率v會變成什麼呢？
試想，原公式中，頻率v是運動，其帶來瞭能量，而靜能量對應的是靜質量，靜質量代表的是“不運動”，因此我們可以把靜能量對應的頻率v，稱之為——“靜頻率”，它代表著靜止的周期，即“不運動”的周期——理論上，稱為“康普頓頻率”（Compton Frequency）。
事實上，“不運動”會產生運動的趨勢，即勢能，這就是靜質量的微觀來源，於是靜頻率帶來對應靜質量的靜能量，就是一個很“合理”的假設。
接著，新等式就可以推出一個新公式，即：v = m * (c^2 / h)，其中c和h都是常數，所以（c^2 / h）就可以看成是一個系數，於是靜頻率和靜質量，就是成正比的，即：靜質量越大，其靜止的周期越多，靜質量越小，其靜止的周期越少。
而這個靜頻率，可以看出它反比於時間“嘀嗒”的周期，即：反比於時間流逝的速度。也就是說，靜止的周期越多，時間“嘀嗒”的越少，時間流逝的就越慢，反之靜止的周期越少，時間“嘀嗒”的越多，時間流逝的就越快。
這對應瞭，廣義相對論中的絕對時間膨脹，即：靜質量越大，靜頻率越高，時間越慢。
最後，我們可以看到，光子沒有靜質量，也就沒有靜能量，所以沒有靜頻率，所以光子沒有靜止的周期，即：沒有時間的流逝，也就沒有時間，或說時間靜止。
由此洞見，當靜質量（物質粒子）全部轉化為能量（光子），時間就不再流逝，而沒有時間就沒有辦法度量距離，因為距離依賴時間才能測量，那麼沒有距離的宇宙，就如同一個質點（所有全同光子可視為一個），這就為一個“新宇宙”的誕生，做好瞭準備。
後記3：光與測地線
光在彎曲的時空中，沿著最短路徑的測地線運動，就是沿著時間流逝最快的方向傳播，因為測地線是在流形上加速度為0的曲線，任何偏離都會有加速度，從而降低時間流逝的速度。
顯然，光不能有加速度，所以光不能偏離測地線，但其它有質量物體可以，並且加速度越大，偏離就越大，時間流逝就越慢。
那麼，在測地線上時間流逝最快，則意味著時間流逝量最多——因此，雖然測地線是空間中兩點的最短路徑，但卻是時空中世界線最長、固有時最大的路徑，即：有質量物體衰老最快的路徑。
由公式來看，世界線 = 固有時 = 光速路徑 – 空間路徑——光在測地線的空間路徑就是光速路徑——所以，光的世界線與固有時是0，所以其路徑又稱為“零測地線”或“類光測地線”。
而有質量物體的測地線，則又稱為“類時測地線”，另外在光錐之外，即連光都無法抵達的，沒有因果關系的曲線路徑，被稱為“類空路徑”，其長度稱為“固有距離”（Proper Length）。
那麼，光本身沒有時間流逝，所以它在測地線上時間流逝最快，這則意味著——是有物質從“非光形式”變成瞭“光形式”，即：從“有時間”（有質量）變成瞭“無時間”（無質量）——或說，質量（物質粒子）轉化成瞭能量（光子）。
可見，光的出生點就在測地線上，並且光的世界是沒有彎曲的“平直世界”，而測地線也就是“平直世界”與“彎曲世界”的交界線。
由此也能得出，最短時間原理（又稱“費馬原理”）的一種宏觀解釋（非路徑積分的量子解釋），即：光的傳播路徑必須是“最短時間”的路徑，否則就需要有額外的能量去產生加速度——但光就是能量，其本身沒有質量再去轉化為能量。
而這似乎也可以看成是，奧卡姆剃刀原理（Occam's Razor）與最小作用量原理（Least Action Principle）的底層動力學來源。
後記4：宇宙循環與時間對稱
從某種角度看，質量衰變，就是時間單一方向的驅動力，而質量是不對稱性的產物，同時質量衰變也是不對稱性的產物，但這是兩種不同機制的不對稱性，即：
前者是從對稱到不對稱（即質量產生）依賴——自發對稱性破缺（Spontaneous Symmetry Breaking），後者是從不對稱到對稱（質量消失）依賴——宇稱不守恒。
可見，如果說宇宙是“對稱與不對稱”的循環，那麼在循環的局部進程中（即質量的產生或消失），宇宙具有時間的方向（即存在時間），但從整體循環來看，宇宙並沒有時間的方向（即沒有時間）——因為循環具有對稱性，也就具有不變性，即：循環沒有變化來計量時間。
而物理規律在整個宇宙循環中，都是保持一致的，所以物理規律都是時間對稱的，也就是沒有時間的——事實上，物理規律的時間平移對稱性，就是能量守恒，即總能量固定不變。
由此來看，我們的世界及時間，僅僅隻是“能量漲落”的產物，在漲落的規律與本質上，沒有時間隻有循環。
後記5：熵、信息、時間
在宏觀，熵增的方向即是時間的方向，即：熵增時間流逝、熵減時間倒流、熵不變時間靜止——而熵增即是不確定性增加變得無序，同時信息可以消除不確定性變得有序。
可見，對一個孤立系統（Isolated System）來說，熵值與信息成反比，即：熵增信息減少，熵減信息增加——因此，信息與時間成正比，即：信息減少（結構無序）時間減少，信息增加（結構有序）時間增加。
所以，信息存儲瞭時間，也就是有序存儲瞭時間，而有序結構是質量（有信息、有勢能），無序運動是能量（無信息、有動能）。
有趣是，光是能量傳遞瞭信息，但其本身沒有時間與質量，也就沒有信息——所以光傳遞的信息，其實是有質量物質的信息，其反映瞭它們的結構。
在微觀，熵值可以隨機增減（粒子的運動是極其隨機無序的），此時“熵”無法確定單一方向的時間，所以信息也會隨機增減——事實上，熱力學熵是信息熵的子集，兩者具有映射關系。
值得指出的是，在宏觀時間的測量，通常依賴位置信息的變化——如指針的位置、鐘擺的位置、地球的位置（即太陽在天空的位置）、月亮的位置等等——但在微觀，尤其是在量子尺度上，位置信息則是隨機無序的，可謂是瘋狂波瀾的混亂，所以量子時空（粒子之間），並沒有一個宏觀意義上的時間計時器。
然而，質量衰變（射線從物質中自發又不可預測地產生），在微觀仍具有單一的方向，可用來確定時間的方向——此時“熵”聚焦於，原子結構內部的相對運動，而不是原子分子的隨機運動，這樣“熵”就又有瞭方向。
那麼，最微觀的結構變化，即是基本粒子的變化，可由量子態描述，但其質量由希格斯場提供，是否可以衰變取決於宇宙演化的進程——如時空膨脹則低溫破缺，而時空收縮則高溫對稱。
所以，在最微觀處“熵、信息、時間”是固定的，其演化取決於最宏觀的宇宙。
可見，最宏觀與最微觀、最大與最小是連接在一起的，而在這個連接之中的萬物一切，都被壓縮到瞭兩個字之中，即：演化……
後記6：方程、概率與時間
經典物理學基於——牛頓方程（描述宏觀低速小質量），電磁學基於——麥克斯韋方程（描述宏觀高速無質量），狹義與廣義相對論基於——愛因斯坦方程（描述微觀高速小質量或無質量、與宏觀低速大質量），量子力學基於——薛定諤方程（描述微觀高速小質量或無質量）。
以上這些方程，都有一個共性，即都沒有時間之箭的方向——也就是說，在方程中無法區分過去與未來，或說過去與未來是完全對稱的，可以被同等對待。
換言之，在上述方程中，過去與未來可以互換，因為它們都是方程同等有效的解，所以我們有沒辦法可以區分——“誰是過去誰是未來”，那麼對於方程所描述的演化過程，就既可以說——“開始於彼而結束於此”，也可以說——“開始於此而結束於彼”。
可見，描述宏觀與微觀的方程，都不包含時間之箭，也就是沒有時間的流動與方向。
但在現實中，如前文所述，時間顯然“真實定量”的存在——如果時間隻是“幻覺”，那麼萬物將都不會磨損與衰老，或可以逆轉磨損與衰老——可為什麼，在描述現實的方程中卻沒有時間之箭呢？
答案就在於——概率，它讓方程的演化不可逆，即：概率阻止瞭可逆性，產生瞭不可逆的不對稱性，從而確定瞭時間的方向，即時間上的不對稱性。
例如，在方程中，如果從A狀態演化到B狀態是確定的，那麼就可以完美地從B狀態逆轉到A狀態——可是，如果從A狀態演化到B狀態不是確定的，而是一個不確定的概率，那麼自然從B狀態就不能確定地回到A狀態。
巧合的是，在量子力學的世界，充滿瞭不確定的概率——它通過觀測，在微觀與宏觀的結合點，建立起不可逆的演化過程，從而將時間之箭引入瞭物理現實——其宏觀表現就是，概率所主導的熵增演化。
而我們知道，觀測的本質——是在相互作用下建立起“信息通路”，這也是演化過程的底層運作——相互作用與信息傳遞。
因此可以說，時間——不存在於演化方程中，但存在於演化過程之中。
後記7：非線性的時間
從變化角度來看，非線性的變化，帶來瞭非線性的時間——這意味著，時間不是每秒均勻地流逝，而是時快時慢、走走停停，甚至還可能進一退三。
就像我們的身體，並不是每秒均勻地衰老，而是在不同的年齡階段，有著非線性的衰老速度——類似於，大多數時間不怎麼衰老，然後在某幾個關鍵年齡節點，突然迅速地衰老很多。
顯然，我們的身體可以通過生化機制，在相當長的時間內，維持一個穩定狀態不變，於是這段時間內，我們不會比前一秒、前一天、前一周、前一年更加衰老——這意味著我們生命，常常處於幾乎沒有時間流逝的平衡狀態。
更甚至，如果我們去運動健身，剛剛結束的時候，我們的身體處於受損狀態，這必然帶來瞭加速衰老的變化，但通過休息時，身體過度補償機制的超量恢復——不僅會抵消衰老，還會變得更加年輕，這相當於回撥瞭我們的“生命時鐘”。
再回到生命之初，從剛剛出生到發育成熟的這段時間，我們不僅沒有衰老，反而還在成長，這相當於在積累生命時長，即：發育得好就會獲得更多的生命時間。
事實上，一個孤立系統隻能隨著熵增，而不斷時間流逝——這樣的系統，其實並不存在“現在”，因為它的時間一刻不停地在“嘀嗒”，所以它隻有剛剛過去的“過去”，與即將到來的“未來”。
但一個開放系統可以隨著能量輸入，而熵不變或熵減，即暫停或逆轉時間流逝——對於生命系統而言，就是“凍齡”或“返老還童”——而這就可以擁有“現在”或“過去”，即在個體時間意義上“活在當下”或“重復過去”。
例如，對任何東西的修復修補，或替換其組成部分，都可以使它維持不變或變得更“年輕”，這相當於是用能量換取瞭時間，並且耗費的能量越多逆轉的時間就越多。
可見，除瞭有微觀的時間，還有宏觀的時間，這是兩種不同層面的時間，也是兩種不同層面的變化，甚至每個層級與尺度，都有自己獨特的變化與時間，而復雜系統幾乎都是非線性的變化，即擁有非線性的時間。
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