一幅不含时间的宇宙图景

一幅不含时间的宇宙图景

观测者众口一词的诸多事实构成了所谓的“因果结构”。让我们从宇宙历史中选取两个事件，X与Y。那么以下三个论断必有一个为真：X引发了Y, Y引发了X, X与Y之间没有因果联系。所有观测者都会从以上因果联系选项中得出相同的答案。因果结构就是这样一张关于宇宙中所有事件之间相互关系的列表。因此你可以说，宇宙历史中包含的因果结构一定是真实存在的。

因果结构是一幅没有时间的图景，整个宇宙的历史被视为一个整体。这幅图景不偏好任何一个瞬间，不参照现在所处的时间、不参照对应于当下的任何事物。“未来”、“过去”与“现在”在这幅图景中变得毫无意义。

如果你严格依照狭义相对论一步步地将观测者视野中的所有事物移除，那么最终留下的就是因果结构。如果理论正确的话，这一余留将对应于世界的物理现实，因为我们已经移除了所有取决于观测者的成分。因此，假设狭义相对论真的是世界最本质的规律，那么我们的宇宙就独立于时间。这里，独立于时间有两层含义：一是我们所体验的当下，不对应于任何事物；二是关于宇宙最深层次的理论必然会将宇宙的全部因果历史视作一个整体。

我们通过因果结构给出了宇宙的全部历史。这一图景现实化了莱布尼茨梦想中的宇宙：宇宙的时间完全取决于事件之间的相互关系。事件之间的相互关系，特别是事件之间的因果关系，是与时间相对应的唯一真实。

严格说来，除了因果结构之外，还存在另一种信息，所有观测者对之将毫无异议。想象一个真实的时钟，在空间中自由漂浮的同时，时针在一秒一秒地走动。正午时，时钟敲了一下，一分钟后，时钟又敲了一下。可以想象这两个事件间存在着因果联系。两个事件之间，时针走过了60格。对于时针走过的这个格数，所有观测者都会一致认同，不管它们是否相对运动。这个格数被称为原时（proper time）。^[6]

我们将宇宙的全部历史视为一个整体系统，系统中的事件因果相连，这样的图景被称为块状宇宙。这个特别的名字暗示着真实的宇宙是将所有历史作为一个整块的宇宙，它如同一整块的石头，坚硬、持久、可被雕琢。

块状宇宙滥觞于伽利略和笛卡儿，在他们眼中，时间不过是另一维空间。块状宇宙观将整个宇宙的历史视作一个数学对象，正如我们在第1章中提到的那样。数学对象独立于时间。如果你认为这样的宇宙就是真实客观的宇宙，那你就是在声称，宇宙在最基本的层次上独立于时间。在爱因斯坦的狭义相对论中，块状宇宙观是我们驱逐时间所进行的第二个步骤。

块状宇宙观结合了空间与时间。三维空间和第四维度时间合在一起，形成了时空图景（见图6-1）。我们将某时某处发生的某一事件，标记为时空中的一个点。我们将一个粒子的运动历史标记为时空中的一条曲线，这条曲线被称作“世界线”（world line）。由此，时间被完全归入几何的范畴。我们将此称作时间的空间化或几何化。物理定理随之以几何的形式加以呈现，比如，自由粒子的时空世界线即为直线。假定粒子是光子的话，它的运动可以用45°角的直线加以呈现（45°角是因为我们用时间来丈量空间，具体来说用光年作为距离单位）。其他普通粒子的速度会小于光速，因此它们的世界线会变得更陡。

图6-1　块状宇宙图景中的时空³

这套优雅的狭义相对论几何表示，由德国数学家赫尔曼·闵可夫斯基（Hermann Minkowski）于1909年发明，闵可夫斯基曾是爱因斯坦的数学老师。在这套表示中，狭义相对论所描述的各个关于运动的物理事实，都被呈现为时空的几何性质。现在，我们称闵可夫斯基的这套发明为“闵可夫斯基时空”，这是去时间化过程中的决定性步骤。它使人们相信，与时间息息相关的一切运动都可以被表示为不含时间的几何定律。20世纪上半叶最伟大的数学家赫尔曼·外尔（Hermann Weyl）这样谈道：“简单地说，客观世界从未存在过。只有当我的意识开始凝望、我的身体沿着世界线蜷曲向上时，世界的某个片段方才获得生命，它们随时间不断变化，是空间中转瞬即逝的图像。”^[7]

为了展示块状宇宙图景的强大力量，让我们看一下哲学家们给出的一个小小论证，这一论证仅需要使用同时的相对性。让我们暂时先同意现在是真实的。我们可能无法确信未来或者过去的真实性（事实上，这段论证就是为了要知道过去和未来到底有几分真实），我们对于现在的真实性基本毋庸置疑。许多事件组成了现实，所有这些事件都同等真实。我们不知道发生于未来的两件事是否都是真实的，但至少我们能够同意，如果两件事发生于同一时间，那么无论这是现在、过去还是未来，它们的真实程度都一样。

如果我们信奉操作主义，那么我们就该细究观测者到底看到了什么。我们会断言，如果两件事同等真实，那么它们在某个观测者眼中一定同时发生。我们还要假设，同等真实具有传递性。也就是说，如果A与B同等真实，B与C同等真实，那么A与C必然同等真实。接下来的论证会使用以下事实：“现在”在狭义相对论中因观测者的不同而异。任选宇宙历史中两个因果相连的事件，A与B。那么如图6-2所示，这两个事件之外的事件X具有如下性质：在观测者玛丽亚眼中，A与X同时发生；可在观测者弗雷迪看来，X与B同时发生。

为了理解为什么X必然存在，我们需要知道同时性不仅是相对的，而且是最为相对的。对此我们可以作如下理解。爱因斯坦基本概念的推论之一，便是对于某个观测者来说同时发生的两个事件，在其他观测者看来可能因果无关。换个角度，如果两个事件之间因果无关，总会有一些观测者会看到它们同时发生。因此，从因果律的角度来说，同时性最为相对。

如果事件B处于事件A的遥远未来，那么事件X需要与两者远远相隔，直至不可能有光信号从A传到X，或由X传到B。闵可夫斯基的宇宙是无穷大的，放置这样的遥远相隔事件不成问题。^[8]

图6-2　块状宇宙中的同时性

任意给出两个有因果联系的事件A与B，总是存在一个特殊的事件X。在一个观测者看来，X与A同时发生；在另一个观测者看来，X与B同时发生。

让我们开始推理：依据前文，A与X同样真实，B与X同样真实，于是A与B同样真实。但A与B是宇宙历史中因果相关的两个事件。因此，当我们假定宇宙中的某一事件是真实的，它的真实性就会散播到所有其他事件中。因此，现在、过去与未来没有什么差别。宇宙中的所有事件作为一个整体，都是真实事件。所以我们得出结论，世界的真实性在于把它的所有历史视作一体，时间中的时时刻刻不具有真实性，时间的流逝也不具有真实性。