愛因斯坦谈时间是幻觉
作者:朱清时 来源：朱清时的微博
日前我到杭州，出席一群年轻企业家们自己办的“荷塘小学”的开学典礼。他们中有两位我的友人，刚刚从伦敦佳士德拍卖会上，把爱因斯坦在1955年3月21日写的一封亲笔信请回国内，要在典礼上展示供大家欣赏，让我来谈谈对这封信的理解。
活动的前一天晚上，两位友人来饭店看我。在大厅刚落座，他们就从一个普通的超市购物袋中拿出一个纸夹给我，说：“这就是原件”。虽然我知道在这次活动中会见到原件，但没有想到这么快，这么直接，这么简单。好像另一个世界中的宝物，突然通过“虫洞”出现在我面前。天哪！我既兴奋又局促不安，因为没有准备白手套，不敢用手碰它。友人们让我拿回房间去，一个人慢慢看。
半个多世纪前，我读高中的时候就崇拜爱因斯坦。当时不知天高地厚，还把“作中国的爱因斯坦”做为志向。大学毕业前受文革思潮影响，幼稚地想批判相对论中的“唯心主义”，却越来越理解它的道理。后来才知道，我们这样的普通科研人员，一生无非就是理解和观察他的理论的一些细节，大家只能仰视他。现在古稀之后，突然见到这个终身崇拜的偶像的亲笔信，并且能够这样地零距离接触和感悟，哪能不激动？
原件是用德文写的。我不懂德文，但是事先已收集了有关它的英文资料，所以知道内容。我长时间地看着爱因斯坦清秀的字迹，用放大镜看纸张中的纤维，看笔尖如何划过这些纤维，从中感觉到爱因斯坦当时的思绪。
这封信是爱因斯坦得知终生挚友贝索病逝时，写给贝索亲属的信。在感谢贝索的儿子和妹妹告知自己贝索的死讯后，爱因斯坦说，“贝索的逝世是他的和谐一生的终点。对于一个敏锐渊博的人来说，和谐一生是稀有的礼物。”“我最尊重他作为一个男人，能和妻子一辈子和平相处，而相比之下我很羞愧有过两次失败的婚姻。” 从这段话中，可以感受到了爱因斯坦对自己家庭生活的心境。
接着，爱因斯坦回忆米歇尔·贝索这位终生挚友。他们相识于大学时代的一次音乐晚会。他觉得贝索就像哥哥，又是一个科学家。随后他们一起在联邦专利局工作，在回家路上两人的讨论是如此迷人，就像日常生活都不存在一样。1905年6月30日，爱因斯坦在发表的奠定狭义相对论基础的论文（“On the electrodynamics of moving bodies”）中，唯一感谢了贝索这位朋友和同事对这项工作的忠实帮助和一些有价值的建议。这就是他们这段友谊的记录。
在临近信的结尾处，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？
爱因斯坦可能没有想到，他开辟的科学新纪元，如此出乎意料，如此精彩！（2017.10.31）
從我的 iPhone 傳送
沒有留言:
張貼留言