未来是否已成定局？

乔治·埃利斯（George Ellis）不怕撼动既有观念。在南非的青年时期，他所针对的是一个公认的腐败和种族主义政府。现在，作为开普敦大学的宇宙学家，埃利斯将目光投向了更抽象的事物：时间的流动本身。

由阿尔伯特·爱因斯坦在20世纪初首次提出，主流观点认为时间的流逝是一种幻觉。过去和未来之间没有区别——两者都已成定局。然而，对于埃利斯来说，这种主流理论的哲学含义不仅与我们的直觉相悖；他认为它们是危险的，因为它们剥夺了我们的自由意志和道德责任。埃利斯的科学目标，受其伦理观的驱动，是将时间重新纳入物理学，让宇宙创造自己的命运，并赋予我们改变命运的能力。

一位宇宙学家的起源

埃利斯在剑桥大学休假期间完善了他的新现实理论，该理论认为时间存在且未来尚未书写。剑桥大学在17世纪曾以艾萨克·牛顿为荣，牛顿先是学生，后又成为教授。

在牛顿的《自然哲学的数学原理》中，这位英国物理学家提出了一个符合我们日常经验的时间概念。他描绘了一个宇宙通用的秒表，其滴答声在整个宇宙中稳定地计量着秒、分和小时的流逝。无论你在哪里，无论你如何移动，在牛顿看来，你会同意埃利斯在三一学院绿树成荫的四方庭院的长凳上喝咖啡，正好花了10分钟，然后才把杯子放在身边。每隔15分钟，他都会听到三一学院华丽钟楼的钟声——这座钟楼在年轻的牛顿踏上学院土地半个世纪前就已建成——它标志着时间的向前推进。

埃利斯自己的人生旅程始于1939年的约翰内斯堡，他的父亲是英国移民。埃利斯12岁后，全家搬到开普敦，他被送进了一所寄宿学校。在那里，他迷上了摆弄模型火车，把它们拆开再组装起来，以了解它们是如何工作的。

然而，原本可能田园诗般的成长岁月却因1948年种族隔离制度的制度化而蒙上阴影，一系列法律强制推行白人至上主义统治，压迫那些被归类为“黑人”、“有色人”和“亚洲人”的群体。作为一名白人南非人，埃利斯承认，“很容易完全置身事外”，如果不是他的父母。他们两人都是该政权的强烈反对者，利用他父亲编辑的报纸批评政府的种族主义。

作为一名本科生，埃利斯学了一年建筑学，然后转学物理和数学。他笑着说，虽然他“没有想象力去设计建筑”，但他却被探索更大宇宙的蓝图所吸引。像20世纪60年代所有物理系学生一样，他学到这些蓝图主要由爱因斯坦奠定。从那时起，时间对埃利斯来说变得复杂起来。

论“方块宇宙”

1905年，爱因斯坦推翻了牛顿关于标准宇宙时间的和谐图景。他用一种不和谐的相对观取而代之，在这种观点中，不同的人可能对事件的持续时间，甚至它们发生的顺序产生分歧。年轻的爱因斯坦得出了惊人的认识，即时间实际上是第四维度，与我们周围所看到的三维空间并列，从而创造了后来被称为“方块宇宙”的现实图景。

埃利斯说，要解释方块宇宙是什么样子，想象一下对一个地点进行连续拍照，比如一系列剑桥学生手持书籍、焦急地穿过三一学院方庭去考试的快照。如果你将这些照片一张接一张地放映，你就会制作出一部电影，时间似乎在其中流逝，这与我们对时间流动的直观感受相符。但是，如果你将这些图像堆叠在一起，你会看到学生们穿越方庭的整个旅程一下子呈现在你面前。第二个例子类似于方块宇宙观，其中过去、现在和未来都同时存在，时间的流逝没有任何意义；所有事件都并存。

当然，一组照片只捕捉了沿时间维度映射出的二维空间。将此扩展到三个空间维度并涵盖整个宇宙，包括其全部历史和所有尚未发生的未来事件，你就拥有了爱因斯坦的四维块宇宙——一个静态的记录，涵盖了所有已发生的一切，以及所有将发生的一切。

埃利斯指出，关于方块宇宙最令人不安的是，与电影通过一系列连续瞬间播放不同，没有一个时间点是所有居民都同意的“现在”——没有一个独特的标记将固定的过去与开放的未来分开。就像坐在方庭不同角落的两名学生可能根据他们的视角，对三一学院钟楼投下的影子长度持不同意见一样，时间也可能如此：爱因斯坦意识到，既然时间只是方块宇宙中的另一个维度，那么根据两个人时空中的位置，他们也可能对事件的持续时间持不同意见。有些人会完全准确地争辩说，埃利斯喝咖啡的时间超过了10分钟。

还有更多。就像学生们会根据他们所站的位置，对钟楼是位于埃利斯左边还是右边持有异议一样，爱因斯坦方块宇宙中的两个人甚至可能对事件发生的顺序产生争论。对于一个人来说，三一学院的钟可能在埃利斯喝完最后一口咖啡之前就敲响了下午两点，而对于另一个人来说，钟声是在他喝完之后才响起的。这些差异纯粹是基于人们在方块宇宙中旅行的速度和方向，因为这会影响来自这些事件的光线到达他们所需的时间。这些时间差异在人类速度下是难以察觉的，但它们已经在涉及国际空间站以及超高速飞机的实验中得到了验证。

那么，在方块宇宙中，一个人感知到的未来是另一个人看到的过去，这取决于这个人的位置和运动。对一个人来说尚未发生的事件，似乎对另一个人来说已经发生了。未来，尽管对你来说仍然未知，但似乎已经写就。爱因斯坦自己对此的描述是：“像我们这样相信物理学的人都知道，过去、现在和未来之间的区别只是一种顽固而持久的幻觉。”

大多数物理学家已经学会接受在爱因斯坦的宇宙概念和支配我们宇宙的基本方程中，被选为“向前”的时间方向是任意的，但埃利斯凭直觉告诉他要深入探究。“这就是我回归到努力对事物保持一种现实感的地方，”他说。

暂停时间

尽管埃利斯对时间和方块宇宙抱有保留意见，但他仍然钦佩爱因斯坦，当他于1960年移居剑桥，跟随世界著名宇宙学家丹尼斯·夏玛攻读博士学位时，他的敬意更加深厚。在他作为研究员的早期，埃利斯因其处理解决爱因斯坦一些时空方程所需的复杂数学问题的能力而赢得了世界级宇宙学家的声誉。

埃利斯尊重爱因斯坦的数学才华，但他后来却对块宇宙的哲学含义感到不满，因为它将未来与过去置于同等地位。“如果我们只是按照已经设定的未来生活的机器，那么阿道夫·希特勒别无选择，只能做他所做的事情；种族隔离的建筑师亨德里克·维沃尔德也别无选择，”埃利斯说。他补充说，告诉他们做错了什么将毫无意义。“对我来说，这是一种站不住脚的世界观，会导致巨大的邪恶，因为人们只会袖手旁观，任由邪恶发生。”

在剑桥，埃利斯很快与年轻的史蒂芬·霍金合作，霍金是夏玛的另一位学生。然而，当霍金因其在宇宙起源和黑洞性质方面的工作而享誉国际时，埃利斯却未能分享这些荣耀。1973年，33岁的他离开了剑桥，中断了与霍金的密切研究关系，回到南非，在开普敦大学数学系建立了自己的团队。这可能对他宇宙学研究来说是倒退一步，但该地区的吸引力是无法抗拒的——部分原因是思念朋友和家人，但主要原因是他觉得有责任努力帮助纠正祖国的不公。“我想看看我是否能有所作为，”他轻声说。

当然，南非的弊病没有简单的解决办法，但埃利斯将他的技能用于力所能及的帮助。他暂停了宇宙学研究，开发了数学模型，以帮助解决导致数百万非白人生活在恶劣条件下的住房问题。他的研究成果最终汇集成两本书（他与他人合著），严厉批评了政府的政策。他的著作被提交给南非参议院，住房部长谴责埃利斯及其目标是“有害的”。但在十年内，政府接受了埃利斯提出的政策改革。种族隔离最终于1994年结束，同年纳尔逊·曼德拉当选总统。

说服政策制定者他的住房项目是必要的，这强化了埃利斯的观点，即数学和科学应该被用来让世界变得更美好。“我参与了这些实地项目，我们确实在努力有所作为，”他说。他笑着补充说，与他早期对深奥物理学的研究不同，“这让我对数学建模如何与现实世界相关联有了更深的理解。”

在这些年里，埃利斯也从事宇宙学研究，尽管由于国家更紧迫的需求，他未能像自己所希望的那样投入。现在他有机会重拾旧业，但他在“现实世界”中的工作激发他从更哲学的角度来探讨宇宙的结构。

斩断方块宇宙

随着职业生涯的暮年临近，埃利斯在2005年将重心重新转向了学生时代就困扰他的基本物理学中那些更为深奥的问题：如何在没有时间的现实概念中处理个人责任的缺失。为此，他重新审视了爱因斯坦的方块宇宙，旨在开发一种新模型，既保留了最佳特征——包括实验证实的关于时间如何相对的预测——又恢复了现在与过去和未来根本不同的观念。

埃利斯的新模型是对块宇宙的修正，而非激进的颠覆。在他的框架中，该框架自2006年起发表于一系列备受推崇的论文中，埃利斯保留了四维时空，这与相对论的预测一致。然而，他认为爱因斯坦将这个概念推得太远了。没有必要假设第四维度必须已经延伸到无限。因此，埃利斯模型与爱因斯坦模型有一个关键区别：未来的边界不涵盖所有将要发生的一切。

相反，时空的“前端”标志着“现在”正一点点地向外爬行，将明天的“可能”转化为昨天的“已发生”。“明天，宇宙中会比今天多一天，”埃利斯说。“过去是真实的，并且可能对我们今天产生影响，但未来无法影响我们，因为它尚未存在。”

埃利斯的计算表明，演化的方块宇宙并不与相对论的预测相矛盾，即两个人可能对两个事件的顺序持不同意见。在爱因斯坦和埃利斯的模型中，每个人感知到两个事件发生的时间都是基于光线从每个事件到达他们所需时间的差异。在爱因斯坦的观点中，这些事件——以及所有未来事件——是同时存在的。但在埃利斯的模型中，这两个事件必须位于演化方块中包含过去的部分；它们在关于它们的信息到达任何人之前就被固定到现实中。同样，在埃利斯看来，两个观察者可以对事件的持续时间持不同意见，但这仅限于该事件已经凝结成过去的情况。因此，埃利斯的时间模型保留了足够的方块宇宙特征以符合相对论的预测，但无需采取爱因斯坦激进的最后一步，即假设第四维度已经固化到无限的未来。

如果埃利斯是正确的，他如何解释导致宇宙前缘向前推进的机制？“这个表面就是未来不确定性转化为过去确定性的地方，”埃利斯说。他在另一个物理学分支中找到了希望，这个分支在物理学家中广为人知，即不确定的可能性在可观测中变为固定现实的转变。它存在于量子力学领域——一个支配亚原子粒子行为的奇异理论。

在量子层面，机遇和概率主宰一切。例如，在测量之前，不可能预测粒子的精确状态——它的位置和能量。在那一刻之前，粒子包含了无数的可能性，是所有可能的位置、速度和能量的“叠加”。然而，一旦被观测，这个“气泡”就会破裂，粒子就会坍缩成一个单一的、随机确定的身份。这是一个严格的单向过程：一旦坍缩，粒子就不能自发地恢复其多重身份。而且无法预测粒子会定格在哪种状态；这个最终结果并非预先确定。

这种与爱因斯坦方块宇宙的明显矛盾已在实验室中多次得到证实。几十年来，物理学家们已经知道量子力学和广义相对论是不兼容的。它们对时间本质的对立观念——一种认为时间是真实流动的实体，另一种认为时间是明显的幻觉——是统一这两个框架，形成一个解释所有物体（从原子到行星）运动的量子引力单一理论的主要障碍之一。

量子实验让埃利斯坚信时间是真实的，而爱因斯坦的简单方块宇宙是错误的。“有些物理学家说未来已经写入今天，但我认为他们没有认真对待量子不确定性，”埃利斯说。“对我来说，量子不确定性意味着未来在它发生之前是不确定的。”

他认为，在他不断演化的方块宇宙的前沿，不确定的未来通过一系列微观量子事件结晶成过去。在每个事件中，粒子都被迫从其最初不确定的量子态——在那里它们同时处理多个相互冲突的身份——转变为一个固定的身份。随着相邻粒子经历这个过程，一股确定性波将开放的未来转化为封闭的过去。

别着急

埃利斯可能已经建立了一个将时间重新纳入物理学的框架，但他离说服同行还有很长的路要走。牛津大学客座教授朱利安·巴伯（Julian Barbour）尊重埃利斯，但他长期以来一直认为时间是“多余的本体论负担”，应该完全从物理学中剔除。他指出，仅仅因为某事物感觉自然，并不一定意味着它是对现实的正确描述。

“这让我想起了伽利略试图说服亚里士多德学派地球绕着太阳转的故事，”巴伯说。尽管这与我们脚下坚实静止的行星的日常经验相悖，但最终却是正确的。巴伯相信，我们穿越时间的观念，有一天会被认为是像地球绕着太阳转的信仰一样古老的观念。

加州大学圣地亚哥分校的物理哲学教授克雷格·卡伦德（Craig Callender）更同情埃利斯的沮丧：“物理学家常常轻蔑地对待我们对时间的经验，说那只是幻觉，是无稽之谈。但如果那是一种幻觉，那么它也是一种非常有说服力的幻觉。”卡伦德说，不断演化的方块宇宙可能是正确的，但在埃利斯说服大多数同行之前，他需要更严谨地解释量子过程如何从通常只影响实验中亚原子物体，层层向上，最终对整个宇宙产生影响。

另一个异议是，宇宙的广袤区域缺乏观察量子过程的人类，而物理学家传统上认为正是观察触发了粒子从不确定的叠加态转变为确定的状态。那么，是谁或是什么在观察这些量子粒子并迫使它们改变其性质？埃利斯反驳说，量子坍缩可以在没有有意识观察者的情况下发生，只要粒子相互碰撞，就能将彼此从不确定状态中撞出。这个被称为退相干的概念，已经在物理学家中（独立地）越来越受欢迎。

“在我看来，量子坍缩无时无刻不在发生，无处不在，”埃利斯说。他指着一棵阳光普照的树，补充道：“每当一个光粒子击中一片叶子，那个粒子的量子不确定性就转化为确定性。”

尽管如此，埃利斯承认他的想法是推测性的。“我不会说我认为一切都已联系在一起，”他承认。“但我认为我有一个框架，在这个框架中一切都合情合理。”

他嗤之以鼻地说，举证的责任不应在于他，而在于那些声称时间是我们自己制造的海市蜃楼的人。毕竟，埃利斯说，他的模型不仅与似乎表明时间是真实的量子实验相符，它还包含了我们的普遍感受，“这每天都在被每个人检验，无论发生什么事。”生命本身就是支持他观点的实验。

念及此，他引用了古代波斯诗人奥马尔·海亚姆（Omar Khayyam）关于过去与未来之间本质差异的沉思：“移动之指书写，既已写就，即行不止：你所有的虔诚与智慧都不能诱其回转，涂抹半行，你所有的泪水亦不能洗去一字。”然后，埃利斯发出一声低沉的笑声，向他的批评者们发起挑战：“如果你不相信，那就回去改变过去吧！”

本文以“明日从未存在”为题刊登。