[中配]時間可能根本不存在的原因

1922年諾貝爾物理學獎頒給了年輕的丹麥科學家尼爾斯伯爾 他致力於理解原子的結構 我們似乎只需要再邁出一步就能揭開宇宙微觀的面紗 但是在100年後的2022年 諾貝爾物理學獎授予了三位研究量子糾纏的科學家 他們證明瞭相反的觀點 也就是說宇宙本身對其最小粒子正在發生的事情毫無頭緒 而且在某種尺度上現實根本不存在 這怎麼可能呢 越是試圖深入理解物理學的基本規律 我們的世界就顯得越奇異 直到我們開始懷疑我們所稱之為宇宙的東西是否真的存在 這個宇宙中隱藏的部分讓阿爾伯特·愛斯坦也感到震驚 想想看 位於加利福尼亞的勞倫斯利福莫爾國家實驗室 又一次試圖引發巨變點火 結果卻因為一個無法預見的量子效應 導致其先進激光器的失敗 這導致了一次極其強大的爆炸 整棟建築被譽為平地 數百名員工被壓在廢墟之下 幾小時後華盛頓官員就這起可怕事故的死亡人數發佈了聲明 正是在那一刻 數千公里外一股未知的力量 在加州的醫院中使死者和倖存者顯現出來 在新聞中提到量子爆炸的傷亡之前 這些人都既不活著也不死 這不僅僅是比喻 他們真的不是 好吧你會說這根本不可能 阿爾伯特·愛因斯坦和他的一大批粉絲將在那裡支持你 他們相信宇宙必須知道在任何時刻的任何層面上發生了什麼 從星系群到個體再到基本粒子 換句話說 現實無處不在 實實存在 只是我們沒有足夠快去親眼看到 除非你在爆炸現場的搜救過程中在場 否則已經有屍體和倖存者 而不是一些奇怪的半生不死的人 最終即便遠離科學家的窺探 來自原子的光子和電子也必須具有嚴格定義的參數 雖然在他們那裡這確實是必須的 但在我們的宇宙中情況有所不同 愛因斯坦的現實主義遇到了他已經熟知的原子模型 發現者尼爾斯·波爾的強大對手 你看早在1927年 著名的雙縫實驗已經證明 無論是光子還是電子都無法決定自己是波還是粒子 他們可以同時選擇這兩種狀態 每種狀態都有一定的概率 但愛因斯坦這個現實主義者最害怕的事情 就是那所謂的量子糾纏 科學家早已注意到 由一個原產生的粒子 可能顯示出相互關聯的特徵 如果其中一個測量到量子自旋為1 另一個根據定義將為1 即使不採取任何措施 此外無論距離多遠都會立刻變得清晰 就像他們被一根看不見的線束縛著 即使粒子最終出現在美國地圖上完全不同的點上 這根線也依然存在 尼爾斯·波爾聲稱量子自旋並不是預先定義的 而且只有在被測量的那一刻才會假定其中一個值 因此宇宙在其自身的微觀現實中置頭子 好的一面是 一旦你測量了一個糾纏粒子的參數 你將立刻知道另一個粒子的值 愛因斯坦還有一個理由對這種不確定性感到厭惡 在某些情況下 一個粒子的信息會比光速更快地傳遞給另一個粒子 愛因斯坦稱之為順時行動並宣佈這一切根本不可能 根據他的理論 粒子從一開始就知道自己的狀態 並且在沒有那些隨機事件和神祕行動的情況下 也能表現得很好 他說粒子的真實特徵就像災難後廢墟下的人一樣 被隱藏在我們面前 當救援人員找到他們時 僅僅發現他們的狀態已經確定 這同樣也適用於那些實驗量子糾纏粒子的人 愛因斯坦和波爾之間的爭論從未得到解決 但總得有辦法來確定這些隱藏變量是否真實 在1964年 愛爾蘭物理學家約翰·斯托爾特·貝爾產生了一個想法 幫助他讓宇宙展現出它的真實面貌 他提出了一個傑出的定理 在這個實驗中 兩位科學家愛麗絲和鮑勃沒有提前討論 隨機改變了探測器的靈敏度 從而有可能探測到糾纏粒子 也有可能探測不到 歸根結底就是研究者的測量結果 是相同還是不同 根據貝爾的計算 如果愛因斯坦是對的 粒子從一開始就隱藏了它們的值 那麼愛麗絲和鮑勃最多會在75%的情況下達成一致 但如果尼爾斯·波爾是對的 宇宙在最後時刻才知道粒子的自旋狀態 那麼愛麗絲和鮑勃在進一步的實驗中 將有85%的結果相符 但貝爾的傑出定理 在轉化為一項值得獲得諾貝爾獎的具體實驗時充滿挑戰 歲月流逝 物理學家們專心研究他們的設備 而天文學家們則探索太空 發現了愛因斯坦這一實在論者所預測的一個悖論物體 這是第一個黑洞 其存在本身挑戰了人們對宇宙基本特徵的認知 愛因斯坦的精彩洞見 是如何摧毀我們對時間的常規理解的 你幾乎從未想到過 當你做一些簡單的事情 比如過馬路時 對另一個興起的人來說 你瞬間就變老了一百歲 如果你想縮短一些歲月 圍繞黑洞的軌道飛行 那地球上的每個人都在變老 這樣的實踐觀念會讓艾薩克·牛頓爵士憤怒無遺 他是17世紀的愛因斯坦 他將時間視為適用於整個宇宙的計數器 無論是在地球表面 木星軌道上 還是在遙遠的太空中都可以適用 一秒鐘永遠是一秒鐘 更重要的是宇宙中的所有位置都統一於一個單一的現在 真是一個簡單而直觀的世界觀啊 但隨後這個時代的另一位天才 哥特·弗利德·萊布尼茨 給牛頓提出了一個頗為棘手的問題 也就是說 如果我們從宇宙中移除所有物質 時間會發生什麼 牛頓回答說 時間會像什麼都沒發生過一樣繼續前進 但萊布尼茨堅信 如果一切能夠體驗時間的事物都消失了 時間也會隨之消失 換句話說 他聲稱時間是相對的 牛頓毫不猶豫地稱其為胡說 並在科學界運用他所有的槓桿來壓制萊布尼茨的觀點 然而兩百年後 詹姆斯·克拉克·麥克斯韋 向世界展示了他的革命性方程 他們提供了電磁學的完整描述 科學家們在其中發現了一些令人毛骨悚然的異常現象 這些公式中重要的只是時間的變化 而根本不在於它的方向 簡單來說 當兩個電子因電荷相同而碰撞並反彈時 你可以在不違反電磁定律的情況下 輕鬆地倒帶時間 此外如果你只觀察電子之間的相互作用 你永遠無法知道時間朝哪個方向流動 你只會知道它在變化 而時間的相對性激發了阿爾伯特·愛因斯坦的理論 但他並沒有就此止步 愛因斯坦推測 時間根本不是牛頓所說的普遍計量 而是一個強烈依賴於上下文的浮動參數 正如萊布尼茨所預言的那樣 對你的鐘錶來說 最重要的是你在空間中的確切位置 巨大的物體扭曲了宇宙的基本結構 因此深空中的宇航員會認為地球和木星上的時鐘 只是稍微落後 但對於地球上的人來說 雖然一秒鐘的時間在地球上依然如常 但在木星上會稍微短一點 因此宇航員的時鐘會稍微快一些 如果我們把可憐的傢伙送入黑洞 對他們來說一秒鐘可能轉化為地球上的一百秒 這可能導致數年的差距 如果宇航員乘坐飛船接近光速 亦會產生相同的效果 這一切意味著出於某種原因 宇宙中沒有單一的現在 答案會因你問的人而不同 每個人都有自己的看法是對的 愛因斯坦的理論表明 如果一艘宇宙飛船進行主動操作 在轉彎時減速和加速 外部觀察者會看到它的現在在時間上跳躍 不亞於回到未來中的英雄們 此外,藉助適當的觀察點 巨大的變化甚至不需要任何加速 從可觀測宇宙邊緣的一顆星系開始 正在以驚人的速度遠離地球 你十秒鐘的過馬路將變成百年的飛躍 而每當你改變方向時 你的此刻就會擺動不定 你一定會感到震驚 顯然,時間並不存在於自身 而是總是相對於空間中的物體 但過去的物理學家們 會對量子糾纏實驗感到更加困惑 到1972年,美國物理學家約翰·克勞澤 找到了一種檢驗貝爾定理 和關於不存在現實的奇怪量子物理假設的方法 他沒有檢查糾纏電子的自旋值 而是測試了光子的偏振 也就是它們在空間中波長的相對長度 在物理學家的實驗中 愛麗絲和鮑勃各自調動他們的探測器 這只有兩個結果 要麼在兩邊都檢測到了光子 要麼由於探測器的設置都沒有檢測到 而在其他情況下,結果當然並不匹配 如果愛因斯坦關於光子隱藏 但預定以變量的理論是正確的 那麼匹配的比例不會超過75% 但約翰·克勞澤的實驗顯示 匹配和不匹配的比例甚至高達85比15% 貝爾定理被證明瞭 因此當涉及到單個粒子時 宇宙實際上並沒有任何確定的現實 但愛因斯坦的追隨者們仍然有一個漏洞 關鍵在於愛麗絲和鮑勃轉動探測器的方式 絕對不可能是完全隨機的 那麼如果現實中的隱藏變量並不在光子本身 而是在實驗者對粒子探測器的操控中 這又有什麼關係呢 這種觀察者效應也可以應用於整個宇宙 如果我們周圍的現實是我們自己行為的產物 那會怎樣 如今沒人懷疑大爆炸理論 但如果在我們猜測它發生在遙遠的過去之前 它根本就不存在呢 哇 這聽起來可能像是 我們大家在失眠時偶爾想到的那些怪異想法 但實際上這是量子物理之父 米爾斯·波爾積極提倡的理念 在他看來通過觀察實驗 一個人不僅使粒子識別器變量 還使它們變得真實 此外 一旦科學家關閉實驗室並出去吃午飯 裡面的一切就不再存在 所有的粒子 探測器 以及實驗室本身 愛因斯坦對現實的這種極端看法感到非常沮喪 以至於他甚至對羅爾的助理發火 問道 你真的相信在你不看著月亮的時候 它是不存在的嗎 這真是厚顏無恥 量子理論家們竟然欣然回答 約翰·阿吉巴爾德·惠勒是米爾斯·波爾的門徒 起初 這在奇怪的想法上 是典型的學生超越老師的案例 在40年代末 他半開玩笑地提到 整個宇宙裡只有一個電子 他說 首先 這些粒子是相同的 很可能是同一個物體 其次 如果時間倒轉 熟悉的帶負電的電子 隨著我們從過去到未來移動 看起來就像帶正電的正電子 因此 一個電子可能會在時間中來回跳躍 逐一構成地球上的每一個原子 聽起來很瘋狂 但物理學並不禁止這種情況 但約翰·惠勒的想像力 最終被一個與現實本質 更為大膽的理論所吸引 這是一個參與式宇宙 理論指出 物理法則在現實的創造中 與觀察者同樣密切相關 也就是說 你和我 惠勒本人將其比作老遊戲20個問題 愛麗絲選擇一個物體 而鮑勃必須通過問簡單的 如果問題經過深思熟慮且足夠準確 有經驗的玩家甚至可以在不到20步的情況下 輕鬆猜出物體 這就是惠勒所相信的 我們與現實的互動可能是這樣的 但有一個重要的區別 當宇宙本身回答鮑勃的問題時 它並沒有真正的公平對待 而它的是和否完全是隨機的 因為它根本沒有想過任何要被猜的物體 然而光是鮑勃的問題內容 就足以讓宇宙提供一個明確的答案 所以看起來 它從一開始就知道它選擇了這個 而不是其他任何東西 惠勒稱這一原則為從比特到實體 暗示簡單的問題和像是或否這樣的二元答案 實際上可以從無到有地創造宇宙的現實 甚至是追溯性的 這意味著比如說 月亮並不是在數十億年前出現的 而是在地球上的某個人抬頭望向天空並問宇宙 我看到天上有個巨大的圓東西的瞬間出現的 同樣遙遠過去的宇宙大爆炸 也是20世紀科學家們一旦想到 提出關於飛向四面八方的星系的正確問題後 但是我們怎麼會共享一個共同的現實呢 根據惠勒的說法 宇宙擁有一種現實 能夠同時給予所有觀察者最佳和最準確的答案 簡單來說就是這樣 我們周圍所看到的都是我們共同創造的 如果你是唯一一個突然決定 大爆炸從未發生過的人 你將沒有能力改變現實 但如果這是真的 誰有權向宇宙提問呢 難道只有像人類這樣的智能生物 才能誇耀如此高的地位嗎 還是說狗也能通過第一次對著月亮吠叫 將其帶入現實 用來拍照的膠卷呢 這個矛盾竟然成為了參與性宇宙的weakest point 惠勒在事實從未能最終確定 他那有可能引發革命的理論 在量子糾纏的諾貝爾獲獎實驗中 強大的觀察者使事情變得復雜 法國科學家阿蘭·阿斯佩特 花了十年的時間 徹底將實驗者排除在實驗之外 從本質上看光子實驗保持不變 阿斯佩特所做的不同之處 在於在每一側放置了幾個帶有固定預設的探測器 而在他們面前 他放置了特殊的實音晶體 他們的目的是以一種不依賴於人類的方式 將光子引導到這個或那個探測器 同時保持糾纏狀態不變 結果同樣可以與貝爾的理論進行比較 也就是說可以計算得出的匹配率 確信這些匹配並不是由物理學家自己誘導的 阿斯佩特進行了大量測量 這些測量更有說服力地證明瞭 宇宙在粒子層面上並不真實 直到被測量並被迫做出選擇 這將是約翰·惠勒向宇宙提出的問題 但即使阿斯佩成功了他的水晶 愛因斯坦的追隨者們仍然有最後一絲希望可以依靠 如果那些告訴粒子如何行為的隱藏變量 就在實音晶體內部 那會如何呢 似乎無論科學家多少次 試圖探究宇宙的核心 他總能迅速提出一個新的模糊藉口 似乎不僅在粒子層面上 連一個客觀現實都不存在 但是那麼我們的世界還剩下什麼 近年來越來越多的科學家傾向於相信 我們所處的不是現實而是幻影 2015年加州大學的認知心理學家 唐納德霍夫曼發表了一篇文章 提出了所謂的接口理論 此刻你正通過電腦或智能手機的屏幕 觀看這段視頻 你可以看到視頻開始以來過去了多少分鐘和秒數 如果你第一次沒有聽清可以暫停和倒回 別誤解我的意思 我不是在評判你 你所使用的整個介面 都是由設備中的處理器生成的 但是如果你只看到屏幕上的像素 你能搞清楚它們到底是如何運作的嗎 唐納德霍夫曼問道 如果即使我們從電子設備上抬起頭 我們仍然看到的是我們自己創造的宇宙界面 那會怎樣 如果這個界面根本無法反映宇宙的真實面貌 那會怎麼樣 但是我們的眼睛難道只感知到 穿越整個宇宙的電磁波光譜中 最微小的一部分嗎 我的意思是這還不到1% 無論你多麼努力 你都無法在房間裡看到WiFi信號 而如果你的鄰居悄悄連接上了它 這也是因為我們的人類界面無法顯示這些波動 唐納德霍夫曼認為 人類之所以進化出這種感知方式 是為了生存 色彩視覺對我們的祖先至關重要 因為它幫助他們在叢林中發現老虎 但他們從未面對過輻射 這同樣是危險的 因此現在我們需要特殊工具來觀察人造災害期間的情況 因此我們的人類界面根本不適合研究宇宙的實際現實 但是宇宙的基本特性 有時候會透過我們不完美的感知迷霧顯現出來 更加加深了對其現實性的懷疑 在20世紀初 德國物理學家馬克思·普朗克決定推導出 不依賴於習慣的米或英尺的測量單位 而是遵循宇宙本身的客觀屬性 這次探索的主要結果 是基於三種基本自然常數的所謂普朗克長度 這個距離如此之短 即使我們把原子放大到整個衛球的大小 我們仍然無法辨別普朗克長度 比頭髮還要細 基於這個單位 德國物理學家們還推導出了普朗克時間 光子通過一個普朗克長度需要這麼多的時間 那真是太少了 但是這些單位在我們的層面上極不實用 並不是某種科學慣義的事物 本質上普朗克推導出了空間和時間的 最小分辨率 超出這一點的任何已知物理定律都不再起作用 實際上宇宙本身似乎就失去了任何意義 有些人形象地稱 這些構成時空的像素 就像它是你屏幕上的一幅圖像一樣 那麼如果普朗克真的揭示了我們這個 不完全真實的宇宙的本質又能如何呢 但真正讓科學家感到恐懼的 是這個神祕的數字 所謂的精細結構常數幾乎等於137 不是米不是S 實際上什麼都不是 這只是一個在各種公式中出現的奇怪係數 所有事物似乎都表明細微結構常數 幾乎主導著我們宇宙中的所有相互作用 如果它等於其他任何東西 那麼不僅生命不會存在 原子也不會存在 與此同時物理學家們對它的值為何是137 卻毫無頭緒 彷彿有人就這樣變成設定的 在2003年宇宙的這些奇怪現象 啟發了瑞典哲學家尼克·波斯特羅姆 他提出了一個模擬假說 簡單來說這意味著如果宇宙允許存在 能夠運行極其強大的超級計算機 並能夠數字化思維的文明 那麼我們很可能生活在它們的模擬中 如果這樣的矩陣中的分辨率 真的如普朗克參數所暗示的那樣小 那麼以如此規模和如此質量 來模擬宇宙 就需要一個比宇宙本身還要大的計算機 但物理學家對波斯特羅姆的假說持批評態度 並不是因為這個假說太過幻想 而是因為它在科學上不切實際 我們必須承認自己無法理解現實世界 從而停止對真理的追求 但這什麼時候能阻止諾貝爾獎得主呢 在90年代末 奧地利物理學家安東茲爾納 成功地完善了量子糾纏實驗 使其達到了邏輯上的結論 他通過超高速隨機數生成器 增強了阿蘭阿斯佩的實驗裝置 這些生成器調節了石英晶體的導電能力 換句話說 澤林格封鎖了愛因斯坦隱藏變量的所有進入途徑 並且確定性地證明瞭 在量子層面上宇宙確實是不真實的 這讓它在某種程度上類似於一個視頻遊戲 其中小細節只有在玩家注視或靠近時 才會加載 從這個角度來看 安東澤林格被視為量子傳送的創造者 這尤其引人注目 他發明瞭一種可行的方法 可以將粒子的未定義狀態傳輸到其他粒子 並且距離很遠 這邁出了創建超強量子計算機的重要一步 儘管體積相對較小 但效率可能比我們普通硬件高出數百萬倍 那麼如果這能證明 波斯特羅姆的模擬假說又有什麼關係呢? 也許我們最終會成長為一個文明 能夠與我們的祖先一起創造一個宇宙的模擬 或者它已經發生過了 而我們只是重復了它們在模擬中的技術發展 我還有一個理論 它讓我們的世界變得絕對真實 同時又不違背三位諾貝爾獎得主的實驗 這就是超決定論 它宣告只有時間是一種幻覺 宇宙中的所有事件都已經發生 換句話說 我們並不是在走向一個無盡的未來 而是在觀看一部關於宇宙生命的預錄影像 在這樣的世界中 量子糾纏實驗中包含著隱藏變量 只有那些被寫入宇宙劇本中的 而且沒有新的體驗能夠顯現它們 因為它們也將是這一不變 且經過預先規劃的事件序列的一部分 不過超決定論 讓我們不得不面對一個重大的生存問題 其中沒有自由意志 那麼你更喜歡哪一個 一個不太真實但稍微可控的宇宙 還是一個被預先編排動作的 無思考的木偶的角色