爱因斯坦写了一段著名的话,既是对他的挚友说的,也大概是对自己说的:
“现在,他又比我早一点点离开了这个奇怪的世界。这一点并不重要。对相信物理的我们来说,不管时间多么持久,过去、现在、未来之间的分别,只是持续存在的幻想。”
爱因斯坦在这段话中流露出的心境,既看穿了世界,也看穿了人生。他并不留恋。写完这段话的四个星期后,1955年4月18日,他也走了,终年76岁。
《爱因斯坦自述》(安妮-鲁妮著,P152)记录了他的另一句话:“人为延长寿命是无趣的。我已经活了我的一部分。是时候离去了,我就会优雅地离开。”
爱因斯坦这段名言中最为人们津津乐道却又最难被理解的,是关于时间是幻觉的话。爱因斯坦为何说时间是幻觉呢?
我们先从世界的维度说起。日常生活中所说的维数,指的是确定某一物体的位置所需的最小测量次数。一维世界叫綫,只需测量长度就可以;二维世界叫面,需要测量两次,得出长和宽;三维世界的每个位置需要测量三次,得出长、宽、高才行。
大家以为,我们生活在三维空间加一维时间(叫做四维时空)之中。每个人或者一个物体,在某个时刻的状态是三维的,所有时刻的状态的总和就是四维的。如果把某个物体的三维状态抽象成一个点,那么四维就是一条线,线的刻度是时间。人的一生就是一条四维的线。这种观念看四维事物就像看放电影一样。
早在1915年,爱因斯坦发表的广义相对论就已经表明引力可以扭曲时间,不同地点的时间是不同的,四维时空是个整体存在,独立于空间的时间不存在。时间和空间没有本质的不同。就像在空间中无论离我们多远的地方,都总是存在的一样,过去、现在、未来也都存在。这就是为何爱因斯坦说时间是幻觉。
有人会想,过去的虽然已经消逝,但与现在的有因果联系,说过去的还存在可以接受;然而未来的还未到来,还存在许多可能性。量子力学的几率解释已经推翻了确定论,就是说未来究竟实现那种可能是原则上不可预测的。未来怎么可能存在呢?
是的,如果量子力学的几率解释是正确的,的确如此。爱因斯坦始终不接受量子力学的几率解释,认为它不是一个完整的理论,只是一个方便使用的工具。物理学目前的发展表明,可能“爱因斯坦又对了!”
1957年,休·埃弗特(Hugh Everett )提出了量子力学的与几率解释截然不同的多世界诠释(many—worlds interpretation),侭管这种诠释当时备受嘲弄,今天它已得到物理学家的越来越广泛的承认。按照这个诠释中,观测者的测量不是改变了系统的状态,而是使自己分裂成了生活在两个不同平行世界中的两个不同的个体。平行世界并非同时存在于单一的真实空间之中,而是代表着概率树上的不同的可能分支。量子力学原理不仅适用于微观世界,而且在最大尺度上对决定多重宇宙的整体结构也起着至关重要的用。
为什么我们看不见其它这些平行世界呢?原因就是去相干:我们的波函数已经与其他的这些世界的波函数不再同相,我们不再能与它们接触。为了帮助理解这种图像,史蒂文·温伯格(Steven Weinberg) 用无线电来比喻多宇宙理论。围绕我们周围有几百个不同的从遥远广播电台播出的无线电波。在任何给定的时刻,你的办公室、小汽车或卧室充满了这些无线电波。然而,打开收音机,你每次只能听一个频率,其他的那些频率已经去相干了,不再彼此同相。每个广播电台有不同的能量和不同的频率。结果,只能将收音机一次调到一个台。当然,平行世界是量子态。
不同的平行世界不是按几率出现的,而是都同时存在。例如,一个人的一生其实不仅是从开始到结束的一条四维的线。你在初中毕业时可以去打工,现在成为厨师;你也可以继续深造,现在成为经理。这是两个四维的平行世界。每个人的一生有很多选择,对应于量子力学的测量。按照量子力学的多世界解释,每一次选择其实使世界分裂产生出一些平行世界,每个可能的选择对应一个平行世界。这些平行世界都同样真实。如果你发现自己当了工人,那么在另一个世界中,一模一样的你当了经理。
电话响了,你需要选择是否接听电话。也许某人打电话想约会你,你选择接了电话,结果和意想不到的人结了婚;你没有接这个电话,从而过上了截然不同的人生。多世界解释认为,这两个选择都是真实存在的。它们对应着两个平行世界。
这些平行世界都存在于我们身边。按照泰格马克(Max Tgmark)的分类,它们属于第三种平行宇宙(见“四个层次的多重宇宙”,《环球科学》宇宙专刊,2017)。
为什么当了工人你看不见当了经理的你呢?这是因为“去相干”使这两个世界没有任何联系。只有量子跃迁可以使你从一个世界到另一个世界,就像电子从壁垒的这边跳到那边一样。
有人把这些平行世界的总和称作“五维空间”,这只是一个方便叫法。由于上面讲的维数定义,隐含假设空间是平滑的,并且服从经典物理规律。如果空间并非如此,比如由量子过程决定,此时必须发展出更加复杂抽象的维数定义,像分形的分数维。
总之,人生有多少种可能性,世界就会有多少分支。每个分支是一种量子态,我们的一生包含许多量子态,它们并非共存于经典概念的空间中,而是以不同的概率叠加在一起。
如何才能看到另外的平行世界和过去未来?
霍金认为的虫洞能连结不同的宇宙。最近科学家们有推测量子纠缠创造了虫洞(《环球科学》2017年1月号封面故事 )。若量子纠缠跟虫洞有关,那么通过量子纠缠,是否可以看到另一个平行世界呢?
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