生命是时空中的一条辫子

曼克斯·泰格马克

“劳驾，请问现在几点了？”我们大概都问过这样的问题，好像这世间真有时间这么一个东西似的。然而，你很可能从来没有这样问过一个陌生人：“劳驾，请问在哪里？”如果你迷了路，实在不知道自己在哪里，你很可能会这样问：“劳驾，请问我这是在哪里？”这就不是在问空间的一个特性，而是你自己的特性。询问时间也一样，你问的不是时间的特性，而是你在时间轴的某个位置。

可是我们通常不这么想这个问题，从我们的语言能够看出我们对时间和空间的认识有多么不同：空间处于静态，而时间处于动态。然而，尽管我们有自己的直觉，但时间的流动仍是一种幻觉。爱因斯坦告诉我们，思考物理世界有两种等同的方式：或者将其看作一个三维的地方，称其为空间，其中的物体随时间而变化；或者将其看作一个四维的地方，称其为时空，存在、不变、不生、不灭。

我认为这两个观点是从不同视角对现实的表述，就像青蛙和飞鸟的视角一样。飞鸟从高处俯视现实全貌，类似于研究时空的数学结构的物理学家。而青蛙置身于飞鸟所看到的现实之中，仰视月亮的变化。青蛙每次都能捕捉到月亮在其轨道上的不同位置，飞鸟看到的却是时空中的一个没有变化的螺旋形状。

对飞鸟和物理学家来说，无法给过去和未来一个客观的定义。正如爱因斯坦所说，“过去、现在和未来的区别只是一个顽固不化的幻觉”。我们思考现在的时候，指的是时空中对应于我们产生思想的那个瞬间的那片时间，我们所说的未来和过去是这片时空的上方和下方。

这就类似于使用“这里”、“在我前面”和“在我后面”一样，指的是时空相对于你的不同部位。你的前面和你的后面差不多是一回事：如果你向前走，你的前面过会儿就成了你的后面。时空也一样，未来和过去同样真实，你目前所在的时空不久就会成为你的过去。既然时空是静止不动的，那么不管什么阶段都不会改变其现实状态，因此所有部分必须同样真实。

时空观念不仅告诉我们如何思考过去和未来的意义，还向我们介绍了数学宇宙的观念。时空是一个纯粹的数学结构，除了数学特性之外没有其他任何特性。我在《我们的数学宇宙》一书中曾经提出，时空乃至我们整个外部物理世界就是一个数学结构，它是一个抽象的、不变的实体，存在于时间和空间之外。

这有什么现实意义呢？一方面，这意味着一个可以用数学进行完美描述的宇宙。这一领域取得的最新胜利就是希格斯玻色子的发现，像海王星和无线电波一样，也是科学家通过数学公式预测到的。我们的宇宙可以用数学进行粗略的描述，这就意味着它所有的特性都是数学的，除此之外没有其他什么特性。如果真是这样，那么对物理学来说是好消息，因为在理论上，我们宇宙的所有特性都可以被理解，只要我们足够聪明、足够有创造性就行。另一方面，这还意味着我们的世界比我们想象的要大得多，里面包含各种各样的宇宙，这些宇宙都可能在数学上服从物理定律。

对时空及其所包含物体的这种新颖的看法中蕴含着观察自我的新方法：我们的思想、我们的感情、我们的自我意识以及“我在”的那种深刻的存在感，在我看来没有一样有丝毫的数学感。然而，我们同物理世界一样，也是由相同的基本粒子组成，而所有这一切都可以用纯粹的数学来解释。

怎样才能调和这两种不同的视角呢？

首先，要考虑我们如何看待这个时空结构。宇宙学先驱乔治·盖莫的自传名称是《我的世界线》，爱因斯坦也用“世界线”来指代穿越时空的通道。然而，你的世界线严格来说不是一条线，它拥有非零的厚度，而且不是直线。构成你身体的大约1029个基本粒子（夸克和电子）形成一个管状通过时空，类似于月球轨道的螺旋形状，但要比它复杂。如果你是水池中的游泳圈，你的时空管就呈Z字形；如果你荡秋千，你的时空管则呈蛇纹形。

还有，你的时空管最有趣的特性并非其外形，而是其极其复杂的内部结构。构成月球的粒子虽然粘在一起，但相对静止不动，你的粒子却相对处于不停的运动中。比如你体内的红细胞，当你的血液在周身流动、为你提供所需的氧气时，每个红细胞就在时空中形成自己独特的管道，对应于通过你动脉、毛细血管和静脉定期返回心脏和肺部的错综复杂的路线。这些不同的红细胞时空管互相缠绕，形成一条辫子，而且比你在发廊里见过的任何一条辫子都要复杂得多：传统的辫子只有三股，每股有三万多根毛发，缠绕的模式简单重复；而时空辫子大约由三万亿股组成（每个红细胞一股），每股又由三万多亿条毛发似的基本粒子的轨迹组成，缠绕的方式复杂，而且从不重复。

与你大脑中信息加工的模式相比，这种复杂性就相形见绌了。你身上的大约几百万亿个神经元在不断“冒火”，将几百万亿个粒子进行混排（尤其是钠、钾和钙离子），生成电子信号。这些粒子的轨迹在时空中形成一条极其复杂的辫子，就像我们的自我意识的熟悉感觉在储存和加工信息时那么复杂。现在，对这一机制我们仍然不理解。所以，说句公道话，人类还没有充分理解自己。然而，我们似乎可以这样说：你是时空中的一个模式，一个数学模式，说具体一点，你是时空中的一条辫子，是最为复杂的一条辫子。

有些人觉得把自己看作一组粒子，在感情上还不能接受。在我20多岁的时候，我的朋友爱弥尔把我的另外一个朋友曼茨称作“原子堆”，以此来嘲笑他，我一笑了之。可是，如果现在有人说“我不能相信自己原来只不过是一堆原子”，我会反对他使用“只不过”这个词：这个复杂的时空辫子相当于他们的心理，这是我们在这个宇宙中能够遇到的、复杂到无与伦比的一类模式。相比之下，世界上速度最快的计算机、科罗拉多大峡谷，甚至是太阳，其时空模式也都非常简单。

在你时空辫的两端，对应着你的生与死，所有的线逐渐分离，对应于你的所有粒子结合、交互并且最终分道扬镳。这就使你整个生命的时空结构活像一棵树：底部对应于早期，是复杂的根系统，对应于许多粒子的时空轨迹；它们逐渐合并，越来越粗，最终成为一根管状树干，对应于你现在的身体（如前述，内部还有极像辫子的模式）；顶部对应于晚期，树干分裂为越来越细的分支，相当于你生命终结时粒子的分崩离析。换句话说，生命的模式在时间维度只有限定的程度，这条辫子卷曲着分别向两端延伸。把我们看作时空中的一条辫子，这是向“我们永远不能理解意识”这一观点提出的挑战。令人乐观的是，这说明总有一天我们可以把意识理解为一种物质形式，理解为我们宇宙中极其复杂的时空结构的衍生物。这样的理解将启发我们去研究动物、反应迟缓的病人以及未来超智慧的机器，因此有着广泛的伦理、法律和科技价值。

这就是我的观点。然而，不变现实的观点虽然值得称道，并可以上溯到爱因斯坦，但是它仍然存在争议，科学家还在进行着激烈的辩论。比如说，布莱恩·格林在《隐秘的现实》一书中表示，他对把“变化”和“创造”这样的概念随意地看作基本概念感到不安，并倾向于认为“有一个过程，尽管是尝试性的观点……即我们可能想象生成多元宇宙。”李·斯莫林在《再生时间》一书中更进一步，提出不仅“变化”是真，而且时间可能是唯一真实的东西。在另一个极端，于连·巴勃在《时间的终结》一书中提出，不但变化是幻觉，而且不用时间概念也可以描述物理现实。

如果我们发现时间的终极性质，必将回答当今物理学面临的许多令人极其兴奋的、尚待解决的问题：在宇宙大爆炸之前，时间有没有某种开始？时间最终有没有终结？时间是从某种永恒的量子模糊中出现，并将最终回归融化于其中吗？物理学家找到量子引力的数学理论来给这些问题提供令人信服的解释，但是，不管这个“万用理论”是什么，时间终将是解开它的奥秘的钥匙。