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我們能夠感覺到時間在不停地流逝太惠，但在愛因斯坦等物理學家看來磨淌，時間只是我們的感官所引起的錯覺，過去凿渊、現(xiàn)在和未來并沒有什么不同梁只，早已被書寫在四維的塊宇宙之中。來自開普敦大學的宇宙學家埃利斯卻向這種觀點發(fā)起了挑戰(zhàn)埃脏，他結(jié)合廣義相對論與量子力學搪锣，構(gòu)建了更符合我們直覺的時間觀。

喬治·埃利斯（George Ellis）并不害怕對抗權(quán)威彩掐。作為開普敦大學的宇宙學家构舟，埃利斯把自己的目光放到了更為抽象的事物上：時間本身的流逝。

阿爾伯特·愛因斯坦（Albert Einstein）在20世紀早期首次提出堵幽，傳統(tǒng)理論認為的時間流逝只是一種錯覺狗超。過去和未來之間并沒什么不同，都早已成定局朴下。然而對于埃利斯來說抡谐，這種主流理論的哲學含義并不和我們的直覺相違背；他認為傳統(tǒng)的想法很危險桐猬，因為他們剝奪了我們的自由意志與道德責任麦撵。埃利斯的科學目標是把時間帶回物理學領(lǐng)域，讓宇宙可以創(chuàng)造自己的未來溃肪，并賦予我們改變命運的能力免胃。

喬治·埃利斯認為愛因斯坦走得太遠了——未來還未定。

塊宇宙假說

17世紀時惫撰，在牛頓的《數(shù)學原理》里羔沙，這位英國的物理學家構(gòu)建了一套符合我們?nèi)粘＝?jīng)驗的時間觀。他描繪了一塊宇宙中通用的秒表厨钻，它的滴嗒聲讓整個宇宙的時間在每一秒扼雏、每一分鐘、每一小時里均勻地流逝夯膀。在牛頓的觀念里诗充，不論你的位置和運動狀態(tài)，你都會同意埃利斯在劍橋大學三一學院的長凳上花了十分鐘喝完了咖啡诱建。而每隔15分鐘蝴蜓，他都能聽見三一學院華美鐘塔的鈴聲，這座鐘塔早在年輕的牛頓第一次踏進校園的半個世紀前就矗立在這里，精準地記錄著時間的流逝茎匠。

1905年格仲，愛因斯坦推翻了牛頓的宇宙存在絕對時間的和諧圖景。取而代之的是不協(xié)調(diào)的诵冒、相對的時間觀凯肋，該觀點認為不同的人對同一事件的持續(xù)時間可能有不同的感知，甚至不同事物的發(fā)生順序也不一致汽馋。年輕的愛因斯坦意識到侮东，時間事實上是我們所觀察到的三維空間之外的第四維度，也在此基礎(chǔ)上創(chuàng)造了被稱為“塊宇宙”（block universe）的現(xiàn)實圖景惭蟋。

埃利斯認為苗桂，為了解釋塊宇宙是怎么一回事，你可以想象對一個地點進行連續(xù)拍照告组，比如劍橋的學生們帶著書本去參加考試煤伟，憂心忡忡地走過三一學院的場景。如果你將拍攝的照片一張接一張地順序播放木缝，你可以將其制成一部電影便锨，時間在其中自然地流逝，這與我們對時間流逝的感知一致我碟。但如果你將照片全部堆疊在一起放案，學生們穿過院子的過程將一次性完整地展現(xiàn)在你眼前。第二種情況就與塊宇宙的觀點類似矫俺，過去吱殉、現(xiàn)在和未來是同時存在的，時間流逝一說并無意義厘托；所有事件都是相互并存的友雳。

當然，一組照片只能展示沿著時間拍攝到的空間的兩個維度铅匹。將其擴展到整個宇宙的三維空間押赊，還要包含宇宙全部的歷史以及未來會發(fā)生的所有事，這樣就能得到愛因斯坦理論下完整的塊宇宙包斑，就像一份靜止的記錄流礁，包含了所有曾經(jīng)發(fā)生和將要發(fā)生的所有事件。

埃利斯強調(diào)罗丰，塊宇宙與播放一段連續(xù)時刻的電影不同神帅，塊宇宙因為其中沒有一個明確的時間點可以用來標明“現(xiàn)在”，不同的個體對哪個時刻屬于“現(xiàn)在”的認知并不一致丸卷，不存在一個獨一無二的標記來區(qū)分已經(jīng)固定的過去和開放的未來枕稀。就像兩個學生坐在院子里的不同角落，從他們各自的角度看到的三一學院的鐘塔的影子長度不相等谜嫉，對于時間來說也是一樣：愛因斯坦意識到在塊宇宙中時間也只是另一個維度萎坷，那在時空中不同位置的觀察者對于同一個事件的持續(xù)時間可能有不同的意見。也許有人會準確指出埃利斯花在喝咖啡上的時間不只10分鐘沐兰。

不僅如此哆档。在愛因斯坦的塊宇宙中，不同的觀察者看到的事件的發(fā)生順序也可能不同住闯，就像院子里不同位置的學生對于埃利斯是在鐘塔的左側(cè)還是右側(cè)會有不同的看法瓜浸。一個人覺得埃利斯在鐘塔敲響下午2點的鐘聲之后才喝完咖啡，而另一個人覺得喝完咖啡的時間在2點之前比原。這些差異完全取決于觀察者在塊宇宙中運動的速度和方向插佛，因為這會影響這些事件發(fā)出的光到達觀察者所需要的時間。以人類所能達到的速度來說量窘，這種差異小到難以察覺雇寇，但已經(jīng)被在國際空間站和高速飛機上所做的實驗證實。

那么在塊宇宙中蚌铜，對一些人來說是未來的事在另一些人看來其實是過去锨侯，這要取決于觀察者的位置和運動狀態(tài)。未發(fā)生的事件對另一些人來說已經(jīng)發(fā)生冬殃。未來對于你來說可能是未知數(shù)囚痴，但卻早已成定局。愛因斯坦自己是這樣描述的：“對我們這樣相信物理的人來說审葬，過去深滚、現(xiàn)在和未來之間的差別只是一種頑固而持久的錯覺』辆酰”

大多數(shù)物理學家已經(jīng)學會接受愛因斯坦的宇宙觀點以及宇宙的基本方程痴荐，確定所謂時間的“前進”方向是任意的，但埃利斯的直覺認為還有更深的次層需要研究旨枯。他說：“我回到這里嘗試研究對事物真實的感受”蹬昌。

對于思考時間的流動來說，沒有什么比劍橋大學數(shù)百年歷史的三一學院更好的去處了攀隔，雖然愛因斯坦認為未來與過去一樣真實皂贩，埃利斯依然認為未來只是可能性的集合，直到它融入現(xiàn)在這個時間點昆汹。

流失的時間

雖然埃利斯對于塊宇宙里的時間觀保留意見明刷，他依然欽佩愛因斯坦，而且在1960年搬到劍橋攻讀世界著名的宇宙學家丹尼斯·夏瑪（Dennis Sciama）的博士學位時满粗，這種敬意更深了辈末。在擔任研究人員的開始幾年，埃利斯贏得了世界級宇宙學家的聲譽，因為他解決了愛因斯坦時空方程中一些棘手的數(shù)學難題挤聘。

埃利斯欽敬愛因斯坦的數(shù)學獨創(chuàng)性轰枝，但是塊體宇宙理論從哲學意義來說，認為未來和過去都是注定组去，這一點埃利斯表示懷疑鞍陨。

在劍橋，埃利斯很快就與年輕的斯蒂芬·霍金（Stephen Hawking）一起工作从隆，他們同在夏瑪?shù)拈T下诚撵。霍金因為投身于研究宇宙起源以及黑洞本質(zhì)而聲名大噪键闺，但是埃利斯并沒有這般待遇寿烟。1973年，33歲的埃利斯離開了劍橋大學辛燥，并結(jié)束了與霍金密切的合作研究筛武，回到南非的開普敦大學數(shù)學系建立了自己的團隊。

到了他學術(shù)生涯的晚期购桑，埃利斯在2005年時將他的注意力轉(zhuǎn)移到了困擾他學生時代的基礎(chǔ)物理學難題：在沒有時間的現(xiàn)實觀念中畅铭，要如何解決其中個人主體缺失的問題。為此勃蜘，他重新審視了愛因斯坦的塊宇宙觀硕噩，著眼于開發(fā)一種保持最佳特性的新模型，這個模型既包含了實驗已經(jīng)驗證的時間相對性缭贡，也同時也恢復(fù)了另一個觀點：本質(zhì)上現(xiàn)在與過去和未來是區(qū)分開來的炉擅。

埃利斯的新模型并不是要顛覆塊宇宙理論，而更像是對其的改進阳惹。他從2006年起發(fā)表了一系列備受關(guān)注的論文谍失，在其理論框架中，埃利斯保留了四維時空莹汤，而且符合相對論的預(yù)測快鱼。然而，他認為愛因斯坦把這個觀點推的太遠纲岭，沒有必要假設(shè)第四個維度已經(jīng)延伸至無窮遠處抹竹。因此埃利斯的模型與愛因斯坦的關(guān)鍵區(qū)別在于：未來的邊界并不包含所有將要發(fā)生的事。

相反止潮，時空的前沿標志著“現(xiàn)在”向外逐漸延伸窃判，一刻接著一刻，將明天的可能性在昨天就確定下來喇闸“懒眨“明天的宇宙將會比今天多一天”询件，埃利斯說：“過去是真實的，并且能夠?qū)ΜF(xiàn)在的我們施加影響唆樊，但未來還不存在宛琅，也無法影響我們〈靶”

切碎塊體宇宙

埃利斯的計算表明夯秃，雖然相對論預(yù)言不同觀察者見到的不同事件發(fā)生的順序不同座咆，但與他的塊宇宙延伸理論并不矛盾痢艺。在埃利斯和愛因斯坦的圖景中，不同觀察者所看到事件發(fā)生的時間差異與光從事件抵達觀察者的時間有關(guān)介陶。在愛因斯坦看來堤舒，這些事件和未來的所有事件可以共同存在。但埃利斯認為哺呜，這些事件必須存在于過去已形成的塊宇宙中舌缤，這樣這些事件才能被定下來并且傳輸?shù)狡渌恕Ｍ瑯幽巢校＠挂舱J為国撵，兩個觀察者無法對同一事件的持續(xù)時間達成一致，只會在事件已經(jīng)發(fā)生之后玻墅。因此介牙，埃利斯的時間模型保留了足夠的塊宇宙來符合相對論的預(yù)言，但不包含愛因斯坦激進地將第四維度延展至無窮未來的假設(shè)澳厢。

如果埃利斯是對的环础，他要如何解釋宇宙的前沿不斷向前推進的機制？他說“界面就是不確定的未來不斷轉(zhuǎn)化為確定的過去的地方”剩拢。他從物理家們所熟知的另一個物理學分支上看到了希望线得，這個分支認為能夠?qū)@而易見的不確定性轉(zhuǎn)化為確定的現(xiàn)實掉冶。它屬于量子力學的領(lǐng)域壤巷，這是一種能夠控制亞原子粒子行為的奇特理論。

量子水平上都是由機會和概率決定畜份。例如办素，我們無法預(yù)測粒子確切的運動狀態(tài)角雷，包括粒子的位置和能量，直到你去測量它摸屠。而在此之前谓罗，這個粒子由無數(shù)的可能性構(gòu)成，處在由無數(shù)可能的位置季二、速度檩咱、能量所組成的“疊加態(tài)”揭措。然而，一旦粒子被觀察刻蚯，這個含有各種可能性的泡沫將破裂绊含，坍縮為一個單一、隨機但確定的狀態(tài)炊汹。這是一個嚴格的單向過程躬充，一旦狀態(tài)坍縮，粒子將無法自然地回到之前的多重態(tài)讨便。而被觀測之前我們也無法預(yù)知粒子坍縮后的狀態(tài)充甚，最終結(jié)果無法預(yù)先設(shè)定。

這種看起來與愛因斯坦的塊宇宙相矛盾的理論已被實驗多次證明霸褒。幾十年來物理學家深知量子力學與廣義相對論無法相容伴找。兩者對時間的自然狀態(tài)有不同的觀點，前者認為時間是自然流逝的實體废菱，而后者卻認為時間只是我們主觀感受產(chǎn)生的錯覺技矮。這種分歧成為了統(tǒng)一量子力學和廣義相對論的主要障礙，而統(tǒng)一的量力引力理論將能解釋從原子到行星的宇宙萬物殊轴。

量子力學的實驗給了埃利斯信心衰倦，他堅信時間是真實存在的，而愛因斯坦的單一塊宇宙理論存在錯誤旁理》悖“一些物理學家認為未來已經(jīng)在今天已經(jīng)確定，但我認為他們還沒有認真地考慮量子不確定性韧拒，”埃利斯說淹接，“對我來說，量子不確定性意味著未來的事在它真的發(fā)生以前都還是未知數(shù)叛溢∷艿浚”

他認為在他的塊宇宙延伸理論中，不確定的未來通過一系列微小的量子事件逐漸凝結(jié)為確定的過去楷掉。在每個事件中厢蒜，粒子經(jīng)過自身內(nèi)部矛盾力量的斗爭，從開始的不確定量子狀態(tài)轉(zhuǎn)化為一個明確的狀態(tài)烹植。隨著鄰近的粒子都經(jīng)歷了這一過程斑鸦，確定性的波浪將開放的未來變?yōu)橐讯ǖ倪^去。

未來之路

埃利斯也許已經(jīng)構(gòu)建了一個將時間重新放回物理學的框架理論草雕，但要說服他的同行們還很困難巷屿。牛津大學客座教授朱利安·巴伯很欽佩埃利斯，但他始終認為“時間”應(yīng)該徹底從物理學的領(lǐng)域中剔除出去墩虹。他認為嘱巾，有些東西感覺起來很自然憨琳，但并不意味著它就是對真實世界的準確描述。

巴伯說：“這讓我想到當年伽利略試著說服亞里士多德主義者地球是繞著太陽轉(zhuǎn)的旬昭「菝”直覺告訴我們腳下的這個星球堅實又平靜，雖然伽利略的想法與直覺相悖问拘，但他終究是對的遍略。巴伯相信，我們在時間的流逝中運動的想法骤坐，有一天也會像地心說那樣成為一種古老的觀念绪杏。

加州大學圣地亞哥分校的物理學博士克雷格·卡倫德（Craig Callender）也能感受到埃利斯的沮喪：“物理學家們一直在嘲笑我們的時間體驗，認為那只是幻覺或油，是一種過時的想法寞忿。但即使這是幻覺，那也是最令人信服的一種”顶岸。塊宇宙延伸理論可能是對的，卡倫德說叫编，但在埃利斯能夠說服大部分同行之前辖佣，他還需要對量子過程有更嚴格的解釋，在實驗中這一過程通常只影響亞原子物體搓逾，它如何層疊推進以致對整個宇宙產(chǎn)生影響卷谈。

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另一種反對意見認為人的觀測能夠讓粒子的疊加態(tài)收縮為確定狀態(tài)，但宇宙中存在大片人類無法觀測到的區(qū)域霞篡，又由誰來提供這種觀測過程世蔗？埃利斯則反駁道，量子坍縮并不一定需要一個有意識的觀測者朗兵，粒子每次發(fā)生碰撞污淋，也能撞破它們的不確定狀態(tài)。這種觀點被稱為退相干（decoherence）余掖，已被物理學家普遍接受寸爆。

埃利斯說：“在我看來，量子坍縮無時無刻盐欺、無處不在地發(fā)生”赁豆。他指向一顆灑滿陽光的樹，補充道：“每當一粒光子照射到一片樹葉冗美，這顆粒子的量子不確定性就會坍縮魔种。”

埃利斯承認他的想法還只是推測粉洼〗谠ぃ“我不會說我的想法牢不可破甲抖，”他承認道，“但我認為在我的理論框架中心铃，每件事都能講得通准谚。”

并且他還認為證明的責任不在他去扣，而在于那些宣稱時間只是幻覺的人們柱衔。埃利斯說，畢竟愉棱，他的模型不僅僅通過量子實驗讓時間看起來真實唆铐，而且也符合我們的一般感覺，“這個實驗我們每個人奔滑，每時每刻都在進行艾岂。”生活本身就是一個得以支持他的理論的實驗朋其。

作者：澤亞·梅拉利（Zeeya Merali）

翻譯：林志鵬

審校：吳非 ?楊心舟

原文鏈接：http://discovermagazine.com/2015/june/18-tomorrow-never-was

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