我想，大多数物理学家真正着迷的，始终都是那些最根本的问题。随着职业的发展，我们不可避免地会越来越专业化。实验变得愈发复杂，专业知识也越来越重要，这是一件再正常不过的事。但与此同时，我们也容易渐渐远离那些最初吸引自己走进物理学的宏大问题。

对我而言，我一直希望保留这种更宽广的视角。我曾在不同的实验平台上工作，但背后的动力始终没有改变。我热爱物理，也始终着迷于另一件事：是否能够构建一个真实存在的物理系统，让原本停留在理论中的抽象概念成为可以观察、可以检验的现实。这项实验正是这种想法的体现。

当然，它不仅源于好奇心，也建立在二十多年操控量子系统的实验经验之上。如果没有这些积累，这个想法大概永远只会停留在纸面上。

真正促使我开始这项研究的契机，其实十分平常。有一天，我看着六岁的儿子搭建属于自己的小宇宙，忽然意识到，从某种意义上说，这也是我们在冷原子物理学中一直在做的事情。我们创造高度可控的小型系统，并尽可能将它们与外部世界隔离。对于系统自身而言，没有外部环境，没有外部观察者，也没有任何外部时钟。

于是，一个问题自然浮现出来：如果一个系统无法接触任何外部时钟，它如何知道时间正在流逝？又如何仅凭自身的演化，为事件建立先后顺序？这正是量子宇宙学中著名的“时间问题”的一种具体形式。冷原子实验之所以适合研究它，是因为我们能够在实验室中构建这一情境的简化模型，并直接观察一个内部时间变量是否会随着系统自身的演化而产生。

我会谨慎使用“验证”这个词。惠勒–德威特方程属于量子引力理论，我并没有直接检验量子引力本身。我真正研究的是它提出的一个核心概念，也就是一个封闭系统如果不存在外部时间变量，会发生什么。我只是建立了一个实验系统，使这一原本停留在理论层面的问题能够真正进入实验室。

事实上，这个方向已经取得了一些重要进展。例如，许多实验都研究过佩奇–伍特斯机制（Page–Wootters mechanism）。这一理论认为，时间可以从时钟子系统与系统其余部分之间的量子关联中涌现。它是一个非常优美的思想，说明即使整个量子态保持静止，系统内部依然能够存在关联，而对于身处系统内部的观察者来说，这些关联便表现为演化。

我们的工作则建立在另一种物理直觉之上。作为实验物理学家，我并不认为脆弱的量子纠缠是时间涌现唯一的机制，甚至未必是最稳健的一种。

热力学告诉我们，当我们放弃完整的微观信息，对系统进行粗粒化处理，只关注其中一部分自由度时，时间箭头便开始出现。熵因此具有意义，事件也开始拥有先后顺序。

我的问题正是由此出发。我关注的不是时间是否能够从理想化的量子关联中产生，而是一个封闭的量子系统，是否能够仅凭自身不可逆的信息重新分布，构建出属于自己的内部时间变量。

从这个意义上说，时间诞生于一种“无知”。这里所谓的无知，并不是认知上的缺陷，而是热力学中不可避免的粗粒化过程。正因为我们无法掌握全部信息，熵才得以定义，时间也因此获得了方向。

这并不是一开始就制定好的计划，但确实是经过认真思考后的决定。随着科研生涯不断推进，人总需要寻找新的挑战。去年，我发表了一篇单独署名的理论论文，那之后我开始想，也许下一步真正值得尝试的，是完成一篇单独署名的实验论文。

独立完成整个项目，也改变了研究本身的发展方式。最大的不同在于，我能够让想法按照自己的节奏自然演化，而不必在每一步都向别人解释自己的思路，或者不断证明某个转折为什么合理。

团队合作当然有它的重要价值，我的大多数研究也都是这样完成。但一个新想法最初萌芽的时候，往往并不是线性的。它需要不断试错、修正方向，有时甚至需要暂时接受混乱。独自工作让我能够更加直接地跟随自己的直觉，也让实验本身不断反馈新的启发。

除此之外，还有一种非常纯粹的快乐。

我依然喜欢待在实验室里，亲手操作自己搭建的设备，亲自完成实验。直到今天，这仍然是我最享受的事情。随着资历增长，许多实验物理学家都会逐渐离开实验台，把更多时间投入项目申请、团队管理和行政事务。我理解这是科研发展的必然过程，但我始终没有真正适应那样的角色。我仍然觉得，作为一名物理学家、一名实验者，我还有很多事情希望亲手完成。

这项工作的诞生，也与当前英国科研环境有关。如今，人们越来越强调应用导向，量子技术成为最受关注的话题，而愿意长期投入基础研究、以纯粹好奇心驱动探索的人反而越来越少。因此，这项工作的独立性既是个人选择，也是现实环境共同促成的结果。

归根结底，它仍然是一项典型的基础物理研究。它源于好奇心，通过与实验装置的长期对话逐渐成形，并最终以一种非常个人的方式完成。

铷原子可以说是冷原子物理学中最常用的实验对象。它非常适合激光冷却和蒸发冷却，也更容易实现玻色爱因斯坦凝聚态。不过，从概念上来说，原子种类本身并不是关键。原则上，其他原子同样可以完成类似的实验。

真正重要的是，当系统形成玻色爱因斯坦凝聚之后，它同时具备了两个核心条件。

首先，它能够实现极高程度的隔离。从这个意义上说，它与宇宙十分相似。对于宇宙而言，定义上不存在任何外部环境。同样，我们的实验系统也能够与外界几乎完全隔绝。

其次，玻色爱因斯坦凝聚态在很大程度上可以用一个宏观波函数来描述。这与惠勒–德威特方程所描绘的宇宙图景高度契合。在这一图景中，整个宇宙同样由一个波函数描述，其中并不存在任何外部时间参数。

当这两个条件同时具备时，问题便变得十分直接：如果没有外部观察者，也没有任何外部时钟，时间究竟在哪里？系统是否能够仅凭自身的演化，建立起属于自己的时间概念？

在实验室里，我看到的是冷凝物进入一个明亮区域，不断扩张，达到最大尺度后再次收缩，最终消失。

我们用“大爆炸”和“大坍缩”来描述这一过程，并不是事后赋予它的比喻，而是因为密度分布在实验图像中的确呈现出这样的演化形态。

当然，作为实验者，我始终处在实验室时间之中。每一帧相机图像都带有时间戳，这是外部时间。

真正重要的问题，是如何把这种外部时间，与系统内部自行定义的时间联系起来。这也是整个实验首先需要解决的问题，也就是建立实验室时间与内部涌现时间之间的对应关系。

当这种对应关系建立之后，我们便能够判断内部时间何时推进，又何时停止。

当系统中被观察部分与未观察部分不断交换信息和熵时，内部时间持续向前推进，系统状态也沿着一个确定的方向演化。当这种交换基本停止时，内部时间便停止了。

此时，实验室里的时钟仍然照常运行，但由系统自身演化所构建出来的内部时钟，已经不再继续前进。

这取决于我如何设置系统两个部分之间的耦合方式。

在某些实验条件下，内部时钟会在每一次扩张和收缩过程中持续运行，而在两个循环之间暂时停顿。另一种条件下，整个系统最终会演化到一个静止状态，这正是我们所说内部时间停止的情形。

这里所谓的停止，其实非常简单。

在宏观尺度上，系统已经没有任何进一步的变化。粒子分布保持稳定，熵的重新分布结束，内部时间变量也不再增加。

实验室里的时钟当然仍然继续走动，但由系统内部动力学所定义的时间已经停止。

这一点可以直接从数据中辨认出来。当可观测量趋于恒定时，内部时间曲线也随之变得平坦。

如果借用宇宙学的语言，这有些类似于所谓的“热寂”。系统内部或许依然存在微观自由度，但宏观层面已经不再发生任何新的变化，因此也无法继续建立时间箭头。

我最有把握的一点是，我们已经在一个受控的实验系统中证明，时间可以作为一种内部变量，从一个孤立量子系统的演化过程中自然产生。

在我们的实验中，系统无法以其自身定义的方式接触任何外部时钟。然而，通过追踪系统内部熵与信息的重新分布，我们依然能够构建出一个内部时间变量。它会向前推进，会暂时停顿，也会在某些状态下停止。

我认为，这本身已经是一个相当重要的结果。它说明，时间作为一种涌现现象，并不仅仅停留在哲学讨论层面，而是可以在实验室中被构建、被观察，也能够接受检验。

但我的结论也到此为止。

我不会说自己已经验证了量子引力，也不会说这项实验证明了真实宇宙中的时间同样源于涌现。我既没有直接检验惠勒–德威特方程，也没有在实验室中重现整个宇宙。

我所做的，是把其中一个最核心的概念抽取出来，也就是一个封闭系统缺乏外部时间变量这一条件，并证明在这样的量子系统中，内部时钟可以仅凭系统自身的动力学建立起来。

我并不担心，因为我认为这项实验的适用范围始终十分明确。

我从未声称冷原子系统就是宇宙，也没有说它证明了某种关于时间的普遍理论。

我真正展示的是一件更加具体、也更加严格的事情：在一个孤立的量子系统中，可以通过熵的重新分布构建一个内部时间变量，而且即使系统中被观察的部分开始收缩，这个时间变量依然能够正确描述整个系统的演化顺序。

这一点尤其重要。

如果时间只是扩张过程的另一种表述，那么一旦系统进入收缩阶段，这种构建方式就应该失效。但实验结果并非如此。无论系统扩张还是收缩，熵时间始终能够依据系统内部的演化，对事件进行正确排序。

因此，我认为实验的价值，恰恰在于它的有限性。

它并没有试图解释时间的一切，而是在受控条件下，展示了一种时间能够从系统内部产生的具体机制。

至于这种机制是否也是现实宇宙中时间产生的方式，那已经属于另一个、更深层的问题，我无法凭借这项实验回答。

但至少现在，我们知道，这一设想不仅具有物理意义，而且可以真正进入实验室接受检验，而不再只是哲学层面的讨论。

这里其实涉及两个不同层面的问题。首先，实验完全有可能否定我所提出的这一机制。例如，熵时间可能无法正确排列系统的演化顺序，可能在收缩过程中发生逆转，或者当系统已经进入静止状态之后，它仍然继续推进。如果出现任何一种情况，都说明这种内部时间的构建方式，在我的模拟系统中并不成立。

但即便如此，也不能因此证明时间是一种基本属性。它只能说明，这种模拟方式，或者我对内部时间的定义，并没有捕捉到真正相关的物理过程。这样的负面结果当然同样具有价值，却不足以回答时间究竟是什么。事实上，我们观察到的结果正好相反。由熵重新分布构建出来的内部时间，不仅能够正确排列整个演化过程，同样适用于系统的收缩阶段；而当系统内部相关的信息重新分布停止之后，这个内部时间变量也随之停止。这些结果支持了我们最初提出的物理机制。

至于进一步宣称，真实宇宙中的时间因此一定也是涌现出来的，那就已经远远超出了实验能够证明的范围。这项实验并没有证明这一点。它真正证明的是，这种关于时间的设想，在物理上是成立的，也是可以通过实验加以检验。

在惠勒–德威特方程程描绘的图景中，整个宇宙由一个全局量子态来描述。如果这个量子态是纯态，那么它的总熵始终保持为零，也不会发生变化。同样，在我的实验中，总系统也是孤立的，因此总熵保持恒定。从整个系统来看，并不存在熵的产生，因此也不会有时间的涌现。

真正关键、也更有趣的地方，在于观察者。

时间并不是对于整个系统而言产生的，而是对于那些无法接触全部自由度的内部观察者而言才会出现。在我的实验中，被观察区域无法获得关于暗区的全部信息。一旦你只描述系统的一部分，就不可避免地需要进行粗粒化处理，也就是放弃一部分关于隐藏自由度的信息。正是在这一刻，熵对于子系统才获得了意义，而事件的先后顺序以及时间箭头，也随之出现。

因此，只要观察者掌握的信息是不完整的，即使整个系统始终保持静止，内部时间依然能够涌现。这正是我们希望通过实验验证的核心思想。

在热力学中，我们已经知道，时间箭头只会出现在粗粒化描述之下。

微观动力学本身可以完全可逆，但一旦我们只关注系统的一部分自由度，而忽略其余部分，熵便开始增加，时间箭头也随之产生。

量子宇宙学其实面临着几乎完全相同的问题。

如果整个宇宙由一个没有时间参数的全局波函数描述，那么时间只能由身处其中、无法接触完整量子态的内部观察者来定义。而这样的观察者，必然只能掌握部分信息。

正是在这种不完整的描述之中，熵、变化以及时间箭头才会共同出现。

所以，在我看来，这两者本质上讨论的是同一个问题。

在热力学中，正是信息的不完整赋予了时间箭头；而在量子宇宙学中，也许正是这种信息的不完整，使时间本身得以出现。

我们的实验，就是希望在一个完全受控的系统中，对这一想法进行检验。

确实改变了。现在看来，时钟更像是一种物理过程，而不是某种独立存在的基本对象。它真正发挥的作用，是让宇宙中的一个系统能够为另一个系统的变化建立顺序。事实上，我们所谓测量时间，本质上始终是在比较两个系统的演化。所谓时钟，不过是一个变化足够稳定、足够规律的参考系统，使我们能够借助它来标记其他变化。

真正吸引我的，是另一种可能性。也许时间本身，只是信息不完整所产生的结果。我们无法接触整个宇宙的完整状态，只能看到其中的一部分。正是在这种局部描述之中，熵、变化以及时间共同出现。换句话说，时间或许并不是某个始终存在于背景中的外部参数，而更像是一种只有内部观察者才能感知到的结构。

还有一个更具推测性的想法，不过我必须非常谨慎地表达。我们已经知道，宇宙的大部分组成实际上都无法直接观测。暗物质和暗能量影响着宇宙的演化，却并不直接出现在我们的观测之中。也许，这些不可接触的部分并非只是宇宙的背景，而恰恰参与了时间本身以及时间箭头的形成。当然，这只是一个大胆的推测，并不是我的实验能够证明的内容。但至少，这项实验让这样的问题第一次具有了明确的物理意义，而不再只是哲学上的设想。

我们的目标并不是模拟黑洞本身，而是模拟类似黑洞区域在宇宙演化中可能发挥的作用。利用标准的冷原子实验技术，我可以构建这样一种区域：原子一旦进入其中，便会被有效地从系统其余部分的动力学中移除。从某种意义上说，这些区域就像局部的不可接触区域。它们依然属于整个系统，却已经无法再被系统内部的观察者直接访问。

真正重要的新因素，是不可逆性。在目前的实验中，暗区虽然不可接触，但系统在某些条件下仍然具有周期性的演化。而一个类似黑洞的区域，更像是一个单向的信息汇。原子和信息进入其中之后，在实验所涉及的时间尺度内，都不会重新返回可观测区域。这样一来，我们便能够提出新的问题：如果系统的一部分永久退出内部观察者能够接触的范围，那么内部时间会发生怎样的变化？

我的直觉是，它会减缓内部时间的流逝，因为能够参与熵重新分布的自由度减少了。当然，这只是目前的判断，而这也正是未来实验能够真正回答的问题。

并没有哪一个单独的理论，会突然改变我理解世界的方式。真正改变我的，是长期从事物理学本身。作为一名物理学家，我的大部分时间都在思考那些最根本、也最奇特的问题：量子力学、物质的结构、时间的起源、暗物质，以及暗能量。作为实验量子物理学家，我也十分幸运，几乎每天都能够接触到许多人从未意识到存在的现象。

这些经历会不断塑造一个人，不仅是在实验室里，也包括离开实验室之后。物理学一直在改变我。它影响我提出怎样的问题，也影响我如何理解自然，甚至影响我如何看待日常生活中的许多事物。这项实验只是其中的一部分，而不是一次孤立的顿悟。它只是我与物理学长期对话中的又一步。

在我看来，世界远比我们最初理解的更加深邃，也更加奇妙。而实验，则给予我们一种能够亲自触碰这一切的方式。