生命是時空中的一條辮子

曼克斯·泰格馬克

“勞駕，請問現在幾點了？”我們大概都問過這樣的問題，好像這世間真有時間這么一個東西似的。然而，你很可能從來沒有這樣問過一個陌生人：“勞駕，請問在哪里？”如果你迷了路，實在不知道自己在哪里，你很可能會這樣問：“勞駕，請問我這是在哪里？”這就不是在問空間的一個特性，而是你自己的特性。詢問時間也一樣，你問的不是時間的特性，而是你在時間軸的某個位置。

可是我們通常不這么想這個問題，從我們的語言能夠看出我們對時間和空間的認識有多么不同：空間處于靜態，而時間處于動態。然而，盡管我們有自己的直覺，但時間的流動仍是一種幻覺。愛因斯坦告訴我們，思考物理世界有兩種等同的方式：或者將其看作一個三維的地方，稱其為空間，其中的物體隨時間而變化；或者將其看作一個四維的地方，稱其為時空，存在、不變、不生、不滅。

我認為這兩個觀點是從不同視角對現實的表述，就像青蛙和飛鳥的視角一樣。飛鳥從高處俯視現實全貌，類似于研究時空的數學結構的物理學家。而青蛙置身于飛鳥所看到的現實之中，仰視月亮的變化。青蛙每次都能捕捉到月亮在其軌道上的不同位置，飛鳥看到的卻是時空中的一個沒有變化的螺旋形狀。

對飛鳥和物理學家來說，無法給過去和未來一個客觀的定義。正如愛因斯坦所說，“過去、現在和未來的區別只是一個頑固不化的幻覺”。我們思考現在的時候，指的是時空中對應于我們產生思想的那個瞬間的那片時間，我們所說的未來和過去是這片時空的上方和下方。

這就類似于使用“這里”、“在我前面”和“在我后面”一樣，指的是時空相對于你的不同部位。你的前面和你的后面差不多是一回事：如果你向前走，你的前面過會兒就成了你的后面。時空也一樣，未來和過去同樣真實，你目前所在的時空不久就會成為你的過去。既然時空是靜止不動的，那么不管什么階段都不會改變其現實狀態，因此所有部分必須同樣真實。

時空觀念不僅告訴我們如何思考過去和未來的意義，還向我們介紹了數學宇宙的觀念。時空是一個純粹的數學結構，除了數學特性之外沒有其他任何特性。我在《我們的數學宇宙》一書中曾經提出，時空乃至我們整個外部物理世界就是一個數學結構，它是一個抽象的、不變的實體，存在于時間和空間之外。

這有什么現實意義呢？一方面，這意味著一個可以用數學進行完美描述的宇宙。這一領域取得的最新勝利就是希格斯玻色子的發現，像海王星和無線電波一樣，也是科學家通過數學公式預測到的。我們的宇宙可以用數學進行粗略的描述，這就意味著它所有的特性都是數學的，除此之外沒有其他什么特性。如果真是這樣，那么對物理學來說是好消息，因為在理論上，我們宇宙的所有特性都可以被理解，只要我們足夠聰明、足夠有創造性就行。另一方面，這還意味著我們的世界比我們想象的要大得多，里面包含各種各樣的宇宙，這些宇宙都可能在數學上服從物理定律。

對時空及其所包含物體的這種新穎的看法中蘊含著觀察自我的新方法：我們的思想、我們的感情、我們的自我意識以及“我在”的那種深刻的存在感，在我看來沒有一樣有絲毫的數學感。然而，我們同物理世界一樣，也是由相同的基本粒子組成，而所有這一切都可以用純粹的數學來解釋。

怎樣才能調和這兩種不同的視角呢？

首先，要考慮我們如何看待這個時空結構。宇宙學先驅喬治·蓋莫的自傳名稱是《我的世界線》，愛因斯坦也用“世界線”來指代穿越時空的通道。然而，你的世界線嚴格來說不是一條線，它擁有非零的厚度，而且不是直線。構成你身體的大約1029個基本粒子（夸克和電子）形成一個管狀通過時空，類似于月球軌道的螺旋形狀，但要比它復雜。如果你是水池中的游泳圈，你的時空管就呈Z字形；如果你蕩秋千，你的時空管則呈蛇紋形。

還有，你的時空管最有趣的特性并非其外形，而是其極其復雜的內部結構。構成月球的粒子雖然粘在一起，但相對靜止不動，你的粒子卻相對處于不停的運動中。比如你體內的紅細胞，當你的血液在周身流動、為你提供所需的氧氣時，每個紅細胞就在時空中形成自己獨特的管道，對應于通過你動脈、毛細血管和靜脈定期返回心臟和肺部的錯綜復雜的路線。這些不同的紅細胞時空管互相纏繞，形成一條辮子，而且比你在發廊里見過的任何一條辮子都要復雜得多：傳統的辮子只有三股，每股有三萬多根毛發，纏繞的模式簡單重復；而時空辮子大約由三萬億股組成（每個紅細胞一股），每股又由三萬多億條毛發似的基本粒子的軌跡組成，纏繞的方式復雜，而且從不重復。

與你大腦中信息加工的模式相比，這種復雜性就相形見絀了。你身上的大約幾百萬億個神經元在不斷“冒火”，將幾百萬億個粒子進行混排（尤其是鈉、鉀和鈣離子），生成電子信號。這些粒子的軌跡在時空中形成一條極其復雜的辮子，就像我們的自我意識的熟悉感覺在儲存和加工信息時那么復雜。現在，對這一機制我們仍然不理解。所以，說句公道話，人類還沒有充分理解自己。然而，我們似乎可以這樣說：你是時空中的一個模式，一個數學模式，說具體一點，你是時空中的一條辮子，是最為復雜的一條辮子。

有些人覺得把自己看作一組粒子，在感情上還不能接受。在我20多歲的時候，我的朋友愛彌爾把我的另外一個朋友曼茨稱作“原子堆”，以此來嘲笑他，我一笑了之。可是，如果現在有人說“我不能相信自己原來只不過是一堆原子”，我會反對他使用“只不過”這個詞：這個復雜的時空辮子相當于他們的心理，這是我們在這個宇宙中能夠遇到的、復雜到無與倫比的一類模式。相比之下，世界上速度最快的計算機、科羅拉多大峽谷，甚至是太陽，其時空模式也都非常簡單。

在你時空辮的兩端，對應著你的生與死，所有的線逐漸分離，對應于你的所有粒子結合、交互并且最終分道揚鑣。這就使你整個生命的時空結構活像一棵樹：底部對應于早期，是復雜的根系統，對應于許多粒子的時空軌跡；它們逐漸合并，越來越粗，最終成為一根管狀樹干，對應于你現在的身體（如前述，內部還有極像辮子的模式）；頂部對應于晚期，樹干分裂為越來越細的分支，相當于你生命終結時粒子的分崩離析。換句話說，生命的模式在時間維度只有限定的程度，這條辮子卷曲著分別向兩端延伸。把我們看作時空中的一條辮子，這是向“我們永遠不能理解意識”這一觀點提出的挑戰。令人樂觀的是，這說明總有一天我們可以把意識理解為一種物質形式，理解為我們宇宙中極其復雜的時空結構的衍生物。這樣的理解將啟發我們去研究動物、反應遲緩的病人以及未來超智慧的機器，因此有著廣泛的倫理、法律和科技價值。

這就是我的觀點。然而，不變現實的觀點雖然值得稱道，并可以上溯到愛因斯坦，但是它仍然存在爭議，科學家還在進行著激烈的辯論。比如說，布萊恩·格林在《隱秘的現實》一書中表示，他對把“變化”和“創造”這樣的概念隨意地看作基本概念感到不安，并傾向于認為“有一個過程，盡管是嘗試性的觀點……即我們可能想象生成多元宇宙。”李·斯莫林在《再生時間》一書中更進一步，提出不僅“變化”是真，而且時間可能是唯一真實的東西。在另一個極端，于連·巴勃在《時間的終結》一書中提出，不但變化是幻覺，而且不用時間概念也可以描述物理現實。

如果我們發現時間的終極性質，必將回答當今物理學面臨的許多令人極其興奮的、尚待解決的問題：在宇宙大爆炸之前，時間有沒有某種開始？時間最終有沒有終結？時間是從某種永恒的量子模糊中出現，并將最終回歸融化于其中嗎？物理學家找到量子引力的數學理論來給這些問題提供令人信服的解釋，但是，不管這個“萬用理論”是什么，時間終將是解開它的奧秘的鑰匙。