时间流逝不是错觉

对于任何相信自由意志论或人类能动性的人来说，上述说法令人震惊。但是，我不会基于这些哲学观点来反驳相对论；我对时间真实性的探讨纯粹基于科学。上述未来决定论其实是错误的，我在本书中的工作就是对此进行科学论证。

在本书第一幕中我提到，为何从科学上看，我们似乎更应该相信时间是一种错觉；在第二幕，我会推翻这些时间错觉论的观点，并展示承认时间真实性对于科学来说是何等必要，它有助于克服基础物理学和宇宙学当下所面对的种种危机。

物理学家使用时间这一概念的历史源远流长。为了梳理第一幕的论证，我将追溯这段历史。从亚里士多德、托勒密¹，到伽利略、牛顿、爱因斯坦，再到当代的量子宇宙学家，我将展示，随着物理学的发展，时间的真实性是如何被一步步削弱的。这种叙事方式也方便我一步步地引入普通读者阅读本书所需了解的背景知识。事实上，我将通过自由落体、行星运动等常见例子介绍这些背景知识的关键点。第二幕的故事更为前沿。因为正是基于科学的最新发展，我才会论证为何时间的真实性必须被视为科学的核心。

我的论证起源于我发现的一个简单不过的现象：自牛顿时代开始，任何成功的科学理论都使用了牛顿发明的一个理论框架。在这一框架中，大自然完全由一些粒子组成。这些粒子的性质，比如质量和电荷，不随时间流逝而改变；决定它们运动和相互作用的自然规律也不随时间改变。这一框架非常适合描述宇宙的局部。但当我们将其应用到整个宇宙时，它会马上分崩离析。

大部分物理学理论都着眼于宇宙的局部。这些局部可以是一台收音机，一只正在飞的皮球，一个生物细胞，我们所在的地球，乃至一个星系。当描述宇宙的这些局部时，我们会将自己以及我们的观测工具排除在局部系统之外。在挑选和准备局部系统时，我们常常不会考虑，我们自身是否参与了系统；也不去考虑建立这些局部系统所依赖的参照系。最为重要的是，我们也不会考虑该如何设置度量系统变化的时钟，而这恰恰关乎时间的本质。

将物理学延伸到宇宙学的尝试，带给我们新挑战，要求我们有新思路。一个宇宙学理论必须包罗万象，毫无遗漏。这也就是说，一个真正完备的宇宙学理论必须囊括作为观测者的我们，以及我们的观测工具。当研究宇宙时，我们不得不面对一个全新的挑战：当我们研究的系统是整个宇宙时，我们无法置身于这个系统之外。

此外，宇宙学还缺乏科学方法论的两条重要原则。一条原则是，实验必须具有可重复性，这样才能保证实验结果的正确。但是，我们无法要求宇宙做到这一点，因为宇宙只发生一次。第二条原则是，我们不能给予宇宙不同的初始状态，用以观察宇宙可能的演变。以上两点是宇宙学发展中所遇到的非常现实的障碍，它们使得研究宇宙整体的科研工作难上加难。

不过，这并不会打消我们通过物理学来研究宇宙的雄心壮志。我们头脑中的第一反应可能是，升级那些关于宇宙局部理论的尺度，再将其应用于整个宇宙。因为在描述宇宙局部时，这些理论非常富有成效。我将在第8章和第9章中说明，这样做行不通。独立于时间的规律作用于独立于时间的粒子，这套牛顿范式框架中的图景并不适用于描述整个宇宙。

颇具讽刺意味的是，这些局部理论成功的原因恰恰是它们无法描述整个宇宙的命门。我将对此给出详细的论证。

我知道，这样的说法与我很多同事的理想与实践背道而驰。但我仍希望，读者可以密切留意我在本书第二幕中给出的论证。届时，我将同时给出具体的例子与一般性的论证。我会说明，在试图将局部标准理论升级为宇宙学理论的过程中，我们将进退维谷、自相矛盾，遭遇无法回答的问题。其中之一就是如何选择早期宇宙的初始条件，以及如何选择早期宇宙演化所遵循的规律。由局部升级而来的标准理论往往对此无能为力。

许多当代宇宙学文献记录了这个时代的智者同这些艰难险阻的搏斗过程，其中一个比较流行的想法是，我们的宇宙仅仅是多重宇宙中的一个。我对这一观点的流行表示理解，因为这一想法基于一个很容易让人陷入其中的方法论上的错误：既然我们手中的理论只适用于局部，那么，只有当我们的宇宙是一个更大系统的局部时，现有理论才可能适用于整个宇宙。为此，我们虚构了一个充斥着其他宇宙的大环境。多重宇宙论不可能引出任何真正的科学进步，因为其他宇宙与我们的宇宙之间没有任何因果联系，我们无法证实或证伪关于它们的任何假设。^[2]

多重宇宙论并非宇宙学发展的唯一途径，写作本书的目的之一就是要表明这一点。我们要和适用于宇宙局部的标准理论一刀两断，我们要从零开始，寻找一个适用于整个宇宙的新理论。这个新理论，不会产生各种混乱和矛盾，可以回答旧理论无法回答的问题，可以为宇宙学观测提供真正有物理学意义的预测。

虽然我还没有找到这样的理论，但我可以提供一套搜索新理论的指导原则，这套原则我会在第10章中详述。在随后的章节中，我将说明这些原则将如何启发新的宇宙学模型与假说，并最终指明一条通向新宇宙学理论的道路。这其中的核心原则是：时间必须是真实的，物理定律必须随时间而演化。

自然规律不断演化的观点并不是什么新想法，宇宙学研究势必融合这一观点也不奇怪。^[3]美国哲学家查尔斯·皮尔士（Charles S.Peirce）在1891年就这样写道：

假定自然界的普适规律以某种人类能够理解的形式存在，但却不给出为何人类能够理解的理由，这种假定很难说是合理的。这些规律完全可以以不合人类逻辑、让人难以捉摸的形式存在。一致性正是这样一个值得我们解释的规律……规律比之其他事物，更需要我们去解释。

现在，我们仅有一个可能的答案可以用来回答自然规律为何如此、为何存在一致性，这便是假设它们是演化的结果。^[4]

当代哲学家罗伯托·昂格尔声称：

根据宇宙现在的性质，你可以发掘出宇宙诞生之初一定会具有的性质。但是，你不能证明任何宇宙都必须具备这些性质。它们并不唯一……之前或之后的宇宙可能遵循完全不同的自然规律……描述出自然规律并不等同于能描述或解释所有可能宇宙中的所有历史。定律式的解释与历史序列的旁白之间，仅仅存在相对的区别。^[5]

保罗·狄拉克（Paul Dirac）与爱因斯坦、尼尔斯·玻尔（Niels Bohr）一同被列为20世纪最具影响力的物理学家。狄拉克曾这样推测：“宇宙之初的自然规律恐怕和现今的自然规律大相径庭。因此，我们需要承认，自然规律不会在所有的时空中保持唯一，它们会随时代的更迭而逐步演化”。^[6]美国最伟大的物理学家约翰·惠勒（John A.Wheeler）也曾想象过自然规律的演化。他提出，宇宙大爆炸属于一个更大的事件序列，在这个事件序列中，物理学规律得到了不断再加工。他还写道：“世间没有规律——除此规律以外。”^[7]与导师一样，惠勒的学生理查德·费曼（Richard Feynman）也是美国一位伟大的物理学家。在一次采访中，费曼陷入了沉思：“好像只有物理学中不存在进化论式的问题。我们会说，‘看，这些就是自然规律’……可是它们如何随时间而来？……也许最后我们会发现，这些规律在不同时间并不完全一样，那么我们总算有了一个和历史相关、进化论式的问题。”^[8]

在我1997年出版的著作《宇宙生命》（The Life of the Cosmos）中，我仿照生物进化论，提出了一套自然规律演化理论。^[9]在我的想象中，宇宙可以通过在黑洞内部形成婴儿宇宙来实现繁殖。同时我假定，每当这样的繁殖发生时，宇宙中的物理定律都将发生细微的变化。在这一理论中，物理定律相当于生物学中的基因；宇宙可被视作其形成之时物理定律的表达，正如生命可被视作其基因的表达。如同基因一样，在代代相传中，物理定律可以发生随机突变。那时，我受到了弦论最新成果的启发。我认为，对大统一理论的探索不会让我们发现唯一的万物至理，我们很有可能发现一片包含所有可能物理定律的广阔空间。我称这一空间为“理论景观”（the landscape of theories），这一术语借鉴于群体遗传学家研究的焦点“适应度景观”（fitness landscapes）。这一理论是第11章的主题，我在此处不再赘述。我只想再强调一点，自诞生之日起，上述宇宙自然选择理论经历了数次考验，依然没有被证伪。

过去10年间，许多弦论学家接受了理论景观的概念。也因此，宇宙如何选择自然规律这个问题变得非常迫切。我认为这一问题仅仅可能在一个新宇宙学框架内解决，在这一框架中，时间是真实的，物理定律也会随时间演化。

如此一来，掌管宇宙的自然规律将不会来自宇宙之外。我们再也不需要求助于宇宙之外的神或绝对的神，期盼他们在自然存在之前就制定好自然需要遵循的规律。同样，自然规律不会存在于时间之外，它不会在宇宙诞生之前便一直存在并默默等待。自然规律将从宇宙内部产生，并随着它们所描述的宇宙的演化而演化。更进一步地说，宇宙的演化将衍生出新的现象，这些现象的规律可以引导出新的物理学规律。这一过程和生物学中新规律的产生类似。

或许有人认为，对永恒自然规律的否定是一种科学精神的倒退；但我认为，这种科学精神仅仅是一种形而上学的负担，束缚了我们对真理的追求。在后文中，我将举例说明自然规律演化理论是如何产生一个更为科学的宇宙学的。这里，我所谓的“科学”指的是产生出更多可被实验观测验证的预言。