量子空间：时间本质与开放未来原理

“爸爸，”斯莫林的儿子问道，“你在我这么大的时候也叫我这个名字吗？”1

小孩子在某一个阶段总是对周围的世界展现无穷无尽的好奇，他们无休止地问父母各种问题，以尝试理解他们经历的一切。随着时间推移，这种好奇发展成对于自己如何融入万事万物的整体图像中的更宽泛的好奇。有时候他们的问题会让我们懊悔自己当年在生物课上为什么没有听得更仔细一些，还有一些问题则会让我们陷入既深刻又个人化的哲学思考。

儿子天真的问题让斯莫林怔住了。量子引力理论中无处不在的数学结构会不可避免地让我们得出这样的结论：时间是幻觉。我们不得不认为，它是一项演生出来的、相对的性质，由一系列有因果关系的时刻序列组装而成，就像电影一样：一系列静止的图像快速地从我们眼前闪过，让我们产生了画面在动的幻觉。

然而，这个不懂过去400年的物理学知识的孩童问出的这个天真幼稚的问题，揭示了一个更为深刻的真相。斯莫林的儿子很清楚，在自己出生之前时间也存在，他好奇那个时候发生了什么。

不管数学结构表达了怎样的含义，毫无疑问，我们都经历着时间的流逝。随着我们年纪变大，年少时仿佛永无止境的夏日在记忆中褪色，整年的时光中各种各样的经历都淡去了。“然后有一天你会发现，10年的时光都已在你身后。”2我们看到照片的时候会微笑，然后停下来扪心自问：照片上的情景真的已经是10年（或者20年、30年）之前了吗？

但在过去的一个世纪中，物理学告诉我们，时间不是这样的。我们也已明白，我们人类在大尺度下的经验并不能用来理解小尺度的现象。在学生时期和刚当上研究员的时候，斯莫林并不排斥时间的不真实性，因为这符合他青春期时的梦想。被时间所束缚的人类事务组成的世界既丑陋又冷漠，而物理世界中永恒的真理给了他逃离的可能。

但之后，人生的种种遭遇接踵而至，世界看起来又没有那么糟糕了。

斯莫林的主要经历是尝试把圈与弦结合起来（这一尝试并不那么成功），并完成圈量子引力理论的构建。这让他开始接受更加尊重时间与因果性的方法，例如马科普洛的因果自旋泡沫，以及由德国理论物理学家雷娜特·罗尔及其同事创立的因果动态三角剖分理论。斯莫林越发关注“自然定律”的起源与状态，并持续思考与量子力学看似内在的非局域性相关的问题。

这些影响共同造就了一个更年长、更睿智的斯莫林。在进行了一番真挚的自我反省之后，他有了一个想法，这个想法哪怕不是革命性的，至少也是很激进的：如果时间是真实的，会怎么样？

斯莫林的弟弟戴维是美国阿拉巴马州伯明翰的坎伯兰法学院的法学教授，斯莫林从他的弟弟那里听说了巴西裔美国哲学家、法学理论家与政治家罗伯托·曼加贝拉·昂格尔（Roberto Mangabeira Unger）。昂格尔在哈佛法学院当了几十年的教授，在法学圈里以20世纪七八十年代对批判法学研究运动的贡献而知名。1985年，他支持的巴西在经历了20年的军事独裁之后转变为民主国家，他本人还在时任巴西总统路易斯·伊纳西奥·卢拉·达席尔瓦（LuizInácio Lula da Silva）自2007年起的第二个任期里担任了两年的战略关系部长。2015年2月，时任巴西总统迪尔玛·鲁斯夫（Dilma Rousseff）又邀请他担任了同一个职位，但9个月之后这位总统就被弹劾下台。

斯莫林在耶鲁工作时就听过昂格尔关于法学理论的讲座。说起昂格尔，他表示：“他真是光芒万丈。”3碰巧的是，昂格尔对于时间的观念与斯莫林相似，几年之后他们就开始合作了。

两人的合作孕育了两本书：一本是斯莫林写的简要的大众科学书，即2013年出版的《时间重生》；另一本是两人合著的《奇异宇宙与时间现实》（The Singular Universe and the Reality of Time），出版于2015年，面向更专业的读者。《时间重生》为加拿大剧作家汉娜·莫斯科维奇（Hannah Moscovitch）的戏剧《无穷》（Infinity）提供了灵感，这场戏于2015年3月在多伦多首次上演，斯莫林也参与了剧本创作。

斯莫林乐于用写作来整理作为一名专业的科学家所面临的艰深问题。但他自己承认，《时间重生》“写起来相当令人畏惧”。4

为了更好地感受这一想法激进在哪里，我们有必要先了解一下物理学是如何完全失去对时间的控制的。在《时间重生》的开头几章中，斯莫林沿着历史一直追溯到伽利略时期。时间的衰落，与我们开始用测量（尤其是数学）作为语言来描述自然重合，这或许并不让人感到惊讶。

1638年，软禁中的伽利略出版了《关于力学和局部运动两门新科学的对话和数学证明》（简称《两门新科学》）。在讨论抛射物体运动的部分，他考虑了初始状态做匀速水平运动的物体（如从城堡护墙上发出的一颗炮弹）。物体被抛出以后，就结合了引力导致的向下的加速运动，因此一边向前运动一边下落。伽利略想讨论的问题是：这样的物体在空中的轨迹是什么样的？

在定理1的命题1中，他写道：

同理，我们可以证明，如果我们取任意大小的相等时间间隔，并想象（物体）进行着一种类似的复合运动，那么在每个时间间隔的结尾，它都会落在同一条抛物线上面。5

当然，这些我们如今都知道了。如果一个物体在水平方向做匀速运动，每个时间间隔t里在水平方向上走过相同的距离，而在竖直方向上走过的距离正比于t2，那么物体划出的轨迹就是一条抛物线。

这一切看起来很自然，也许你会不解为什么我要特意提到平抛运动。但想想伽利略在这个问题上做了什么：他把物理现实（空间和时间）抽象化，使其变成几何元素（如图29所示）。对于空间来说，这没什么问题，至少空间具有某种意义上的恒久性——不管空间中的物体怎么来来去去，在经典牛顿力学中，空间本身都不会发生根本性的变化。但对时间来说就不一样了：时间不是恒久不变的，它会发生变化。当我们按顺序记录相隔一定时间间隔的一系列测量结果时，我们需要把时间“冻结”以进行进一步观察。斯莫林解释道：“这种冻结时间的方法一直以来都很成功，以至于大多数物理学家都没有意识到他们在理解大自然的过程中运用了这么一个技巧。”6

图29　这张图是伽利略《两门新科学》中的插图，他抓住了物理实体中的元素——空间和时间，并把它们变成了几何元素，以均匀的时间间隔作为横轴，以空间的距离（高度）作为纵轴。他写道：“沿着ab方向画延长线be代表时间的流逝，或者说作为时间的测量标准；把这条线分成一系列线段bc、cd、de，这些线段各自代表相等的时间间隔。”

好吧，让我们接受这一事实：类似伽利略所做的这种事情包含了抽象化的过程，而我们对这个过程过于熟悉，根本意识不到它的本质和程度。不过，即使考虑到这一点，时间与空间在很大程度上仍然是分离的。如果使用笛卡儿发明的坐标系，我们会用x、y和z三个坐标轴来表示三维空间，但我们还需要有一个t轴：时间也是一个几何维度，同样被测量与数学主宰，它还没有完全消失。

在我们对物体运动的表述中确实还含有时间，但请不要忘记，我们最终要面对的是背后决定物体在时间与空间中轨迹的定律。这些定律被称为牛顿运动定律和万有引力定律，它们是不随时间而改变的。这些定律中可能含有f，但它们是定律：它们永远成立，岿然不动。

把时间向前快进几百年，牛顿的绝对时空观被爱因斯坦的相对论代替，“同时性”的概念失去了意义。闵可夫斯基让空间和时间各自变成四维时空中的投影，时间也是其中的一个维度，而宇宙就像一块石头一样恒久不变。7爱因斯坦又将时空变为弯曲的几何形状。随后，正如我们在第6章中看到的那样，对发展正则量子引力理论的尝试得出了这样一个结论，即把时间看成一系列定格时刻按顺序相连的结果。

为了从圈量子引力理论中还原出物理的时间，我们得先选择一种方式，让时间从这些瞬间中演生出来。我们假设时间是从自旋网络的动态演化（称为自旋泡沫）中演生出来的，时间的幻影则来自空间原子之间不断变化的关系。在圈量子宇宙学中，我们可以规定一个任意的场来作为时间的代理者，或者直接发展自旋泡沫宇宙学。

斯莫林指出，所有这些举动都是因为我们相信物理学的目的是找出关于宇宙的永恒的真理，即寻找一个永恒不变的数学定律、方程或者理论，它能告诉我们宇宙从哪里来，又是怎样运作的。“这一思考习惯对我们来说太过稀松平常，以至于我们忽视了它有多荒谬。”斯莫林说。如果这个方程要描述整个宇宙的方方面面，它就必须从宇宙之外来构造，这么想就相当于又回到了“上帝视角”。爱因斯坦曾经尝试把尺子和时钟放到宇宙里面，以此摒弃“上帝视角”。“如果宇宙就是所有存在的东西，那又怎么可能在它之外还存在一个用来描述它的东西呢？”8

我们很容易忘记，17至18世纪建立了我们如今科学世界观的机械主义哲学家是何等坚信，他们研究的目的其实是揭开上帝的创造是多么精巧。如今，我们可能会礼貌地忽视牛顿在1713年出版的《自然哲学的数学原理》第二版第三卷靠近末尾处的注释中关于上帝本质的长篇累牍的讨论：“关于上帝而言就是这些，从现象研究他，从属于自然哲学。”^[1]9

好吧，但这毕竟是300年前的事情了，从那时候到现在，科学必定进步了不少吧？但我们要知道，爱因斯坦的“上帝不掷骰子”这句话可不是白说的，他确实相信有一个“上帝”存在，虽然不是《圣经》里的那个上帝。霍金在《时间简史》的结尾处评论道：“如果我们找到了答案（指完备的理论），那将是人类理性的终极胜利——因为那时我们知道了上帝的思想。”10在《终极理论之梦》中，史蒂文·温伯格把整整一章的篇幅贡献给了上帝，他写道：“如果大自然中存在什么东西，它能赋予我们一种独特的洞察力来理解上帝的创造，那么一定是自然的终极法则。”11需要指出的是，温伯格随后又以这样的语句结尾：“从历史经验判断，我会推测，虽然我们会从自然的终极法则中找到美，但我们不会找到……任何证据显示上帝在意这些事情。或许会有别的事情显示上帝的意志，但自然法则不会。”12

今天，极少有理论物理学家会公开承认他们在寻找上帝（至少在自己已经有一定学术地位或者获得诺贝尔奖之前不会这么做）。但大多数人都会乐于承认他们在进行一种精神探索，追寻着比他们自身——甚至比整个宇宙——更伟大的永恒的真相。当然，这是人类精神的一部分，但我们得搞清楚，从事这样的追求，需要我们做出某种昂格尔所说的“形而上学的预先承诺”（metaphysical precommitment）。13

这样的预先承诺，驱使一些理论物理学家思考（不管他们有没有意识到）“自然科学中数学的不合理的有效性”14，或者可以简单解释成感性地追寻物理学中的数学之美。这种倾向走向极端，就成了泰格马克的数学宇宙假说——现实是永恒不变的数学结构。这类想法提升了数学的地位，把它放在一个崇高的位置上，却让我们无法看到它真正的本质——它是人类发明的一种有力而有效的工具（对我来说是这样），可以用于描述并发现自然中的模式。当我们感受到数学之美时，我认为我们真正感受到的其实是自然本身的美。

话题到这儿就太深了。斯莫林和昂格尔正在打破游戏规则，挑战我们物理学在近400年间赖以发展的基础。他们倡导另一种形而上学的预先承诺，希望借此在物理宇宙学领域发起一场新的革命。

如今，“革命”常指不同想法或理想之间的交锋。自美国哲学家托马斯·库恩（Thomas Kuhn）出版《科学革命的结构》（The Structure of Scientific Revolutions）一书以来，我们倾向于把这样的想法或理想称为“范式”。从某种方面来说，圈量子引力理论也算是一场革命（虽然革命性或许不是那么特别强），至少在20世纪八九十年代该理论的基础被奠定的时候是这样的。在典型情况下，当交锋结束，其中一种理论取得了某种胜利时，该理论就需要开始在已有的基础上建立新的秩序，这意味着接受新范式的隐藏含义，解决更小的问题，以建立更持久的结构。库恩认为，这个过程需要所谓的“常规科学”，即通过实用主义和坚持不懈的精神解决小问题。

跨过革命的枪林弹雨之后，罗韦利欣然接受了在量子引力领域的混乱现状中建立秩序的挑战。“我喜欢洗碗，”他对英国记者布赖恩·阿普尔亚德（Bryan Appleyard）说，“一开始一切都乱七八糟，但我集中精力对付它们，让思想自由驰骋之后，过不了多久它们就回归了干净整洁的状态。”15

这也是为什么罗韦利要澄清自己在量子力学诠释问题上的立场（我们在第13章中描述过）。如果量子力学从某种意义上说是不完备的，那我们怎样才能以它为基础建立一个量子引力理论呢？要让建立一个持久的理论成为可能，罗韦利首先要避免卷入关于量子实在性和量子力学完备性等问题的无休止的争论。他要开始“洗碗”了。

他以自己的勤奋写成了一本专业书，名为《量子引力》（Quantum Gravity），由剑桥大学出版社在2004年出版，当时他觉得自己已经清楚地理解了量子引力的基础。从各方面看，这本书都是他对该领域的重大贡献：它深刻讨论了如何理解量子空间和量子时间。书的整个前半段重新审视了基础经典力学、量子力学和广义相对论，不过是以量子引力表述的全新角度来讨论的。这本书解释了这样一个不把时间演化当作基本概念的理论是如何起作用的。^[2]

然而，斯莫林仍然身处革命之中，他还在战斗。革命者受到强烈的动力驱动，要摧毁现有的秩序，这样才能建立新的、更好的秩序。在准备扔出下一枚燃烧弹的时候，他敦促我们重新思考时间的本质。

一切选择都有后果。要成为一个有远见的人，你可能就需要把船驶到非常接近卡律布狄斯旋涡（形而上学谬论）的地方。在这样的情况下，你最应该做的只有通过望远镜密切观察经验主义的岩石浅滩，并期待最好的结果。

在调研哪些研究人员能来新成立的圆周理论物理研究所工作的时候，霍华德·伯顿发现理论物理学家可以分成两大类：

一类是一丝不苟的计算器，在反反复复地检查完之前绝不会透露一丝结果；另一类是疯狂的思想者，沉迷于描绘离谱的理论。如果第一类人公布了一个结果，那么你可以确信这个结果是对的，但完全不能确信它是有趣的；而如果第二类人公布了一个结果，那么你可以确信这个结果是有趣的，但完全不能确信它是对的。16

伯顿确信斯莫林属于第二类理论物理学家。当然，不是说斯莫林从来不洗碗（他的妻子迪娜作证说他经常洗碗），也不是说他不如罗韦利爱洗碗。但斯莫林身上蕴藏着一种不安分的能量，他的大脑里总是充斥着各种各样新奇的想法，他的眼睛总关注着能够探进物理学意义的最深洞穴里的问题。

先澄清一点，斯莫林和昂格尔并不认为我们应当摒弃当今的物理学定律，完全不这样认为。他们的观点是，我们需要意识到，物理学定律的适用范围仍然是很窄的。如果认为物理学定律能被用在整个宇宙上，我们就犯错了，他们称之为宇宙学谬误（cosmological fallacy）。

实际上，根据我们如今对物理学定律的了解，它们远没有某些理论物理学家尝试让你相信的那么宏大。仔细看的话，我们就会发现：不管它们看起来多科学，它们总是理想化的。正因为它们是理想化的，它们永远不可能以孤立的方式被检验。每当我们想把一条定律应用到实际情况中的时候，我们都需要简化条件，以将注意力集中在重要的现象上。斯莫林将这一举动称为研究“盒子里的物理学”。

为了简化条件，我们就需要做近似，或者引入科学哲学家所说的辅助假说。简单来说（这也是很明显的），这相当于为了检验一个更简单、更可被理解的模型而忽视大自然复杂的方面，例如在研究电磁学的时候忽视引力效应。就像是斯莫林写的那样：“牛顿第一定律称，所有自由粒子都会沿直线运动。这条定律已经被检验并验证了无数次，但每次检验都包含近似的过程，因为没有哪个粒子是真正完全自由运动的。”17

因此，在这些情况下，我们检验的不是定律本身，而是包裹在一系列辅助假说之中的定律。如果一项观测或者实验检验得到了否定的结果，科学家的第一反应是考虑是不是哪个辅助假说出了问题，而非质疑定律本身的正确性（毕竟，定律被认为是永恒不变的）。18

这一问题并没有让物理学完全停滞不前。19研究盒子里的物理学意味着把宇宙的一部分隔离出来，让我们感兴趣的事情在盒子里面发生（按照一种基于时间间隔t的表示法），并假设盒子外面宇宙的其他部分表现得像某种永恒的背景，就好像有一座舞台让物理学的演员们在上面踱步。斯莫林和昂格尔认为，当我们发展宇宙学理论的时候，这种方法就不适用了。(www.xing528.com)

把时间看作幻影，让我们陷入了一系列宇宙学难题之中。我们无法解释为什么物理学定律采取了我们所见的形式，也不能精确地判定主宰宇宙最早期状态的初始条件，只能思索日益恼人的物理学定律精细调节问题，或者直接弃船逃生，奔向弦论景观、永恒暴胀或者多宇宙。

在这种情况下，物理学该如何前进呢？

斯莫林和昂格尔采用了爱因斯坦在1905年用过的方法。20为什么不干脆假设只存在一个宇宙，而且时间是真实的，再探索其结果呢？这有多难？

至少有一件事是清楚明白的。“如果相反，时间是完全真实的，”斯莫林引用了昂格尔的话，他写道，“那么没有任何一种东西是可以永恒存在的，包括定律本身……它们必定要演化。”21

时间在物理学定律存在之前就出现了。

也许令人感到惊讶的是，想象物理学会随着时间变化其实并没有那么难。圈量子宇宙学消除了大爆炸奇点，这意味着在我们的宇宙出现之前还存在一个宇宙。如果物理学定律不是在反弹的一瞬间被完全重设，而是被随机地轻微调整了，我们就能理解物理学定律是如何在不断重复的反弹、膨胀、收缩和反弹周期间随着时间演化的了。

但我们也看到，这一周期性的圈量子宇宙学模型仍然需要假设宇宙暴胀存在。况且，尽管它消除了解决初始条件问题的压力，它也没有完全解决初始条件问题。当然，也存在其他的周期性宇宙学模型，可以既消除大爆炸奇点也不必引入暴胀。其中一个模型于2001年由普林斯顿大学理论物理学家保罗·斯坦哈特（PaulSteinhardt）、贾斯廷·库利（Justin Khoury）与宾夕法尼亚大学的伯特·奥夫鲁特（Burt Ovrut），以及当时在英国剑桥大学的尼尔·图罗克（Neil Turok，现在在圆周理论物理研究所工作）合作提出。该理论基于M理论的膜之间的碰撞，认为碰撞产生的一小部分能量转化为热辐射，表现为我们认为的大爆炸，它无须暴胀就能让宇宙加速膨胀。膜与膜之间碰撞并反弹，但不会相距太远，因此它们仍然能受到彼此的引力。数万亿年后，膜再次碰撞，宇宙重启，进入下一周期。

既然这一模型无须引入暴胀，也就不会有原初引力波了。但正如一句俗话所说，没找到某一事物存在的证据，并不能证明这一事物不存在，我们如今还没有找到原初引力波，不代表以后也不会找到。周期性模型还预言宇宙背景辐射的温度变异并非完全随机。我在第14章中提到过，重新分析了最近普朗克卫星的数据之后，斯坦哈特与同事安娜·伊尧什（Anna Ijjas）和亚伯拉罕·勒布（Abraham Loeb）宣称，这些数据强力驳斥了最简单的暴胀模型。22

说这件事尚无定论，或许并不过分。确实，如果不事先假设时间是真实的，这类周期性宇宙模型就并没有多大意义。斯坦哈特和图罗克指出，周期性宇宙模型总是把宇宙拉入同样的初始条件中：“在背后驱动周期的机制是温和的，而且能自我调节……因此这一模型是简单而俭省的。几乎每一块宇宙都会产生星系、恒星、行星和生命，周而复始地循环着。”23然而，如果每次碰撞都会以随机的方式重设定律和初始条件——如我们所预期的那样，那么我们很难解释为什么每个周期都能得到我们需要的这个宇宙。^[3]

我们需要的是一个机械的模型，它能不可避免地把宇宙引向主宰我们如今所在宇宙的看似复杂的定律和初始条件。斯莫林在他1997年出版的第一本书《宇宙的生命》（Life of the Cosmos）中描述了这样的一个模型（来自他在此之前5年发表的想法），他称之为“宇宙学自然选择”。这个模型中包含周期循环，但并不属于周期宇宙学。它认为，我们宇宙中的黑洞自身就是产生整个崭新时空区域（新宇宙）的种子。

在圈量子宇宙学中，宇宙的母体是大反弹之前存在的一个坍缩的宇宙。而在宇宙学自然选择模型中，宇宙的母体是前一个宇宙中的黑洞，黑洞反弹后产生了宇宙。

这样看来，一个“典型”的宇宙的母体，可能会产生很多个后代宇宙（因为宇宙中有很多黑洞）。就像地球上的生命是通过随机的基因突变和自然选择演化而来的一样，随着时间推移，宇宙也进入了一种自我持续的模式，以使产生的黑洞数量最大化。

如果在每个黑洞反弹的时候，其物理学定律都会随机地发生轻微突变（比如基本粒子的质量有微小的不同，或者作用力的强度有细微的差异），那么宇宙学自然选择会让新的宇宙不断产生，创造合适的条件让产生的黑洞数量最大化。而据我们所知，让产生的黑洞数量最大化，需要的条件正是如今这个宇宙的初始条件：能产生我们熟悉的基本粒子、原子、恒星、星系和主宰所有这一切的性质与行为的基本物理定律的初始条件。“还有一个意外收获：这个模型通过假设宇宙为产生尽可能多的黑洞而生，同时解释了为什么这个宇宙中会存在生命。”24

那么，为什么不跳过中间过程，直接演化出原初黑洞最多的宇宙呢？因为这样的宇宙太小了。通过恒星的引力坍缩产生黑洞的宇宙会大得多，因此可以产生更多的黑洞。

这个猜测简直是异想天开，离卡律布狄斯旋涡已经很近了。这是另一种多宇宙理论。与永恒暴胀和弦论景观不同的是，在这一理论中，所有不同的宇宙都有相似的血统，它们都演化出了对生命友好的结构，因此我们无须诉诸人择原理。

斯莫林还称，与人择多重宇宙的倡导者不同的是，他并没有弃船逃生。他相信宇宙学自然选择模型是可以被检验的。如果宇宙确实是向着能产生最多黑洞的方向演化的，那么这种倾向会在宇宙暴胀的方式上留下痕迹（前提是宇宙暴胀确实发生了），可能还会在宇宙学常数的值上留下痕迹。这一模型或许还会为中子星质量范围设置一个更严格的上限。

典型的中子星大概拥有相当于太阳质量的1.4倍的质量，其半径约为11千米。它由中子、质子和电子组成，中子与质子数目之比至少为200∶1。它可能还拥有一个K介子组成的核。K介子是质子和中子的“亲戚”，不过更为少见，是质子或中子中的一个下夸克被替换成奇异夸克组成的。中子星不都是脉冲星，但大多数都是。

如果一个宇宙中的物理学定律都能被演化过程精细调节以产生数量最多的黑洞，中子星的质量就会有一个上限，斯莫林估计这个上限为2个太阳质量。这就是一项预测。如果我们观测到比2个太阳质量重得多的中子星，就会重创宇宙学自然选择理论。

最近（2013年），纽约石溪大学的詹姆斯·拉蒂默（James Lattimer）在一篇综述中将已精确测量的最大的中子星质量定为1.97±0.04个太阳质量。但有两颗所谓的X射线脉冲星PSR B1957+20（它有一个吓人的名字叫“黑寡妇脉冲星”，因为它在吸取来自其伴星的物质）和4U 1700-377，观测表明两者的质量都达到2.4个太阳质量。不幸的是，对X射线脉冲星质量的观测存在很大的固有误差，因此这些数据不能作为决定性证据。25

如果更精确的数据最终表明这两颗脉冲星的质量小于2个太阳质量的阈值，也不能真正证明什么，因为有好几个已被接受的核物理理论都与这样的结果一致。然而，如果2.4个太阳质量的结果被证实了，斯莫林的理论就被排除了，还有一些要用到基于夸克的奇异的物质态的理论也会受到威胁。26我觉得我们只能拭目以待。

或许对时间的真实性带来最大威胁的想法是斯莫林和昂格尔所说的“元定律困境”（meta-law dilemma）。如果大自然的定律会演化，这岂不是意味着有一个元定律在支配着它们的演化？否则，在大自然的定律被“锁死”之前，基本粒子和它们之间的相互作用力是怎么知道要怎么做的呢？而如果存在这么一条大自然的元定律，我们又得思考了：为什么是这条元定律呢？

在第14章中，我解释了氢原子中电子的最低能级的轨道由一个球面波函数表示。这个波函数给出了电子的量子统计概率分布，其峰值位于玻尔半径处。“如果你在50年前制备了一个氢原子，那么不管你是当时观测电子，还是现在观测电子，得到的统计分布都是相同的；而且你很确信，哪怕再过100年才观测，得到的仍然是同一个统计分布。”27这样一来，我们就能得出结论：主宰质子与电子之间的静电力的库仑定律是一条不随着时间改变的自然定律。

斯莫林认为，我们这么想过度诠释了已有的证据，他呼吁我们遵循一种先例原则。在英美法系中，法律系统的运行不只依赖政府写在法典里的法律条文，也包含法官和法庭的裁决，亦称习惯法。对于一项从未有过先例而又与任何此前的案例差异极大的法律争端，法官的判决会建立一个先例，从而为未来的判决提供指引。

很明显，宇宙中最初出现的物理相互作用是没有先例的。如果我们再进一步假设它们并没有受某种预先决定的定律主导，我们就可以想象出这样的一个场景：初始的相互作用完全靠碰运气，产生了在某个范围内的各种各样的结果。只有在基本粒子（不管它们是什么）以及它们之间的相互作用确定之后，相关先例才建立了起来。自然是在实践中学习的。

法官的习惯法判决会被写在法庭审理程序记录里，此外还有很多实况报道、法律重述和百科全书（如美国的《美国法律百科全书》），通过这种方式，过去被建立的习惯法得以影响未来的判决。

根据类比，斯莫林的先例原则也需要某种机制，让过去的相互作用产生的结果能够被未来的相互作用所“采用”。“这就需要一种新的相互作用，”斯莫林写道，“让一个物理系统可以与自己在过去的拷贝相互作用。”28

在探索这样的机制如何作用的过程中，斯莫林发现了一种全新的非局域隐变量量子力学诠释，他称为“真实系综诠释”（real ensemble interpretation）。29之所以叫这个名字，是因为这一诠释假设量子物体的态是真实的（并不只是已编码信息的表达式），而且这些态的实体会发生集体的相互作用，就像一组音乐家组成的合奏组^[4]一样。

假设我们设计了一个实验来测量氢原子中电子的位置。我们进行了一次测量，发现电子处于玻尔半径之外一点点的位置（见第14章的图26）。我们重复测量一次，发现这次电子在玻尔半径里面一点点。我们可能由此推断，在两次测量之间，电子向靠近核的方向移动了。但是在真实系综诠释中，斯莫林认为我们得到的结果是由宇宙中所有原子的亚系统（系综）复制而来的，其中的电子要么处于玻尔半径之外一点点的位置，要么在玻尔半径里面一点点。

我们继续测量，产生的结果可以用一个峰值位于玻尔半径处的量子概率分布来解释。但我们真正得到的是每个系综中氢原子数目的分布。在整个宇宙中，电子位于玻尔半径处的氢原子数目要多于电子位于其他位置的氢原子数目，因此这样的态被复制得更频繁。

以上推论让我们开始设想高度非局域性的复制过程是怎样进行的。当然，我们已经有了一个答案了。在第13章中我解释过，动态格子中的点之间可能会有非局域性的连接，代表自旋网络的演生空间。一个被测量的氢原子就通过这样的非局域性连接与系综中的其他成员相连。复制再次在空间“之下”发生了。

假设这类相互作用会发生，那么先例就会一次又一次地重复发生，这样我们就得到了量子统计分布。在卢西恩·哈迪（Lucien Hardy）、路易·马萨内斯（Llúis Masanes）和马库斯·米勒（Markus Müller）此前发表的想法基础上，斯莫林设想，元定律的运行或许驱动了这些重复的结果形成一组简单的“规则”，它们能将重复结果所需要的信息量降到最低程度。随着时间推移，这些规则稳定下来，成为主宰物质、辐射和时空性质及行为的定律。

如果所有这些想法都是对的，那么，通过在实验室中创造奇异的量子态，我们就创造了一个完全没有先例的系统。大自然没有任何历史上的先例可以用来决定该做什么，而对这类态的任何测量结果都应该是完全无法预测的。然而，这样的实验会很难解释，因为如果仪器没有正确地设置好，也会产生无法预测的完全随机的结果。因此，经验丰富的实验科学家会选择重复测量，消除初始设置中一切可能出现的问题（他们通常还会寻找更可预测并且可重复的结果）。到这个时候，先例原理就已完成它的使命。

不仅如此，时间的真实性还要求我们重新诠释广义相对论，因为在广义相对论中时间被物理形状的相对性代替了。如果时间是真实的，那么或许空间才是幻影，正如因果动态三角剖分和量子引力图论（quantum graphity）这些理论所认为的那样。

这并不意味着斯莫林已经抛弃了他倾注了如此长的职业生涯的理论。这意味着，他把量子引力理论看作某种垫脚石，它并不会解决斯莫林认为与量子力学本质上的不完备性相关的深刻问题（因为它不能解决），它也不会在某种极限下产生广义相对论（因为目前看来它还不能），除了在“盒子中的物理学”的情况下以外。

可以确定的是，所有这些认为时间真实的模型都还处于推测阶段，它们产生的问题比能得到的答案多：“在我们可以推断它们有可能成为实际的理论之前……还有很多工作要做。”斯莫林写道。30但目前毕竟还是早期阶段。在物理学400年的发展中已经根深蒂固的形而上学的预先承诺，不是能那么轻易就推翻的。

当基于现有证据的理性论证足够做出判断时，我们就可以得出结论。而当证据不足（即物理宇宙学面临的现状）时，斯莫林认为，物理学界应当鼓励大家提出广泛而多样的猜想，并为之寻找证据，这样我们才有可能得出结论，至少在原则上如此。

这就是斯莫林所说的开放未来原理（principles of the open future）。“在寻求发展这门新的科学的过程中，我们会发现，成功与否是可以通过宇宙学的未来在何种程度上变成未来的宇宙学来衡量的。”31

【注释】

[1]摘自《自然哲学的数学原理》，牛顿著，赵振江译，商务印书馆，2006。——译者注

[2]在这本书的写作过程中，罗韦利把他关于时间本质的想法写成了一本科普书，叫作《时间的秩序》（The Order of Time）。

[3]在《奇异宇宙与时间现实》一书中，斯莫林指出，每次碰撞的轨迹都需要由一个动力学吸引子来主宰。

[4]“系综”和“合奏组”在英语中都用“ensemble”这个词来表示。——译者注