在20世紀(jì)60年代，當(dāng)時(shí)物理學(xué)領(lǐng)域的頂尖人才正在研究一些愛(ài)因斯坦不喜歡的東西。愛(ài)因斯坦最偉大的遺產(chǎn)是廣義相對(duì)論理論，這是一組由十個(gè)方程組成的公式，告訴我們物質(zhì)、能量、空間和時(shí)間之間的確切關(guān)系。

該理論的一個(gè)關(guān)鍵部分是，時(shí)間就像其他維度一樣，實(shí)際上只是我們?cè)谒木S宇宙中強(qiáng)加的網(wǎng)格線。然而，幾乎從一開(kāi)始就很清楚，時(shí)間并不像空間，在物理學(xué)中時(shí)間一直被區(qū)別對(duì)待。特別是在量子力學(xué)中，位置和時(shí)間被非常不同地對(duì)待，很難將它們視為相似的東西。

這個(gè)研究小組探索如何將廣義相對(duì)論轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N更接近經(jīng)典力學(xué)的理論。在廣義相對(duì)論中，空間和時(shí)間是緊密結(jié)合在一起的，但他們希望找到一種方法，將空間和時(shí)間分開(kāi)，從而能夠描述空間隨著時(shí)間的推移而演化。他們把這種理論稱(chēng)為“幾何動(dòng)力學(xué)”，即描述空間如何在時(shí)間中變化的動(dòng)力學(xué)理論。

這一計(jì)劃的成果之一是用一種很少使用的經(jīng)典力學(xué)方法來(lái)描述廣義相對(duì)論。

通過(guò)這種方法，他們創(chuàng)造了一個(gè)方程，盡管在1969年被證明與廣義相對(duì)論等價(jià)，但卻是無(wú)時(shí)間性的。它根本沒(méi)有描述空間在時(shí)間中演化的過(guò)程。它描述的是獨(dú)立于時(shí)間的演化，即無(wú)需時(shí)間的變化。

要理解他們所做的事情，我們需要回到過(guò)去。

在17世紀(jì)和18世紀(jì)，關(guān)于光的本質(zhì)曾展開(kāi)激烈的爭(zhēng)論。光是由粒子構(gòu)成的，還是純粹是一種波？

我們知道，到20世紀(jì)，得益于量子力學(xué)，答案是它既是粒子又是波。但要得到這一結(jié)論，首先需要一種不同形式的經(jīng)典力學(xué)。

在1680年，荷蘭博學(xué)家克里斯蒂安·惠更斯發(fā)現(xiàn)了光線與其波前（Wavefront）之間的密切關(guān)系。當(dāng)光的波長(zhǎng)非常小的時(shí)候，光線的傳播路徑和波前的傳播前沿在物理上是等價(jià)的。

波前是指波在某一特定時(shí)刻傳播到的所有點(diǎn)組成的等相位面。換句話說(shuō)，波前是波動(dòng)在空間中傳播的前沿，所有位于波前上的點(diǎn)都處于相同的相位，即這些點(diǎn)的波動(dòng)狀態(tài)相同。

• 如果你想象一個(gè)點(diǎn)波源（例如一個(gè)小石子掉入水中產(chǎn)生的波紋），波前就是由該波源發(fā)出的波在空間中傳播時(shí)形成的同心圓。每一個(gè)圓代表波在某一瞬間到達(dá)的所有點(diǎn)，波前就是這些點(diǎn)的集合。

• 在三維空間中，對(duì)于點(diǎn)波源，波前通常是球形的，這意味著波在各個(gè)方向上以相同的速度傳播，形成一個(gè)球形的表面。

• 對(duì)于平面波（例如來(lái)自于無(wú)限遠(yuǎn)的平行光），波前是平面，代表波動(dòng)在某一時(shí)刻傳播到的所有點(diǎn)組成的平面。

在光束穿越空曠空間的情況下，光線從其源頭沿直線傳播，而波前則是一個(gè)不斷擴(kuò)展的球體。這是一個(gè)顯而易見(jiàn)的例子，但即使在不明顯的情況下，比如光源是一個(gè)不規(guī)則的線或面，光線穿過(guò)像水和空氣這樣不規(guī)則的介質(zhì)，原理依然適用。波前和光線是觀察光的等效方式，也是從水到火箭等一切力學(xué)的等效方式。

雖然到16世紀(jì)末牛頓已經(jīng)提出了他的運(yùn)動(dòng)定律，但又過(guò)了一百年，拉格朗日才將其轉(zhuǎn)化為一種適用于所有物質(zhì)的通用運(yùn)動(dòng)理論。這一通用理論基于最小作用量原理。在剛體如球和火箭的情況下，作用量只是動(dòng)能減去勢(shì)能。在光學(xué)的情況下，它是穿越的時(shí)間。在每種情況下，作用量都是最小的。

這種方法（最小作用量原理）被證明與能量守恒等效，能量守恒提供了被稱(chēng)為哈密頓方程的運(yùn)動(dòng)方程。

對(duì)于球和火箭，能量是動(dòng)能加上勢(shì)能，并且保持恒定。對(duì)于光學(xué)，它與斯涅爾定律（Snell's Law）有關(guān)，斯涅爾定律描述了光在兩種介質(zhì)交界面上發(fā)生折射時(shí)的關(guān)系，特別是光線在穿過(guò)兩種不同介質(zhì)時(shí)，其傳播方向的改變情況。斯涅爾定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

這兩種方法（最小作用量原理和哈密頓方程）也等效于第三種方法：波前方法，也稱(chēng)為哈密頓-雅可比方程。

該方法將作用量與能量聯(lián)系起來(lái)，以便你可以計(jì)算從自由粒子到光再到場(chǎng)的任何事物的波前。自由粒子沿直線傳播，但也有一個(gè)球形波前。

當(dāng)然，如果只有一個(gè)粒子，你很難想象它如何形成一個(gè)球形波前，但每個(gè)粒子都有一個(gè)初始動(dòng)量，決定了它前進(jìn)的方向。波前涵蓋了所有初始動(dòng)量。然后，你需要通過(guò)最終條件來(lái)確定粒子的位置，以知道它最終會(huì)在哪里結(jié)束。

基于這種力學(xué)的表述，20世紀(jì)20年代的物理學(xué)家提出了量子力學(xué)的波動(dòng)描述。雖然經(jīng)典粒子有確定的初始動(dòng)量和最終位置，但量子粒子只有在被測(cè)量時(shí)才具備這兩者。在此之前，它是整個(gè)波前。為了描述這一點(diǎn)，我們有了從哈密頓-雅可比方程發(fā)展而來(lái)的薛定諤方程。

在廣義相對(duì)論的情況下，20世紀(jì)60年代的研究人員為幾何動(dòng)力學(xué)發(fā)展了三種經(jīng)典力學(xué)方程。雖然最小作用量原理是由愛(ài)因斯坦和希爾伯特為該理論的4D版本發(fā)展出來(lái)的，但對(duì)于3D空間隨時(shí)間演化，還需要另一個(gè)最小作用量原理。這導(dǎo)致了能量守恒或哈密頓方程，首先由保羅·狄拉克提出，然后是更受歡迎的ADM形式。最終，哈密頓-雅可比-愛(ài)因斯坦（HJE）方程在1962年被寫(xiě)下來(lái)。

在最小作用量和哈密頓版本中，時(shí)間作為一個(gè)顯式參數(shù)出現(xiàn)。你需要選擇如何測(cè)量時(shí)間。然而，在波前版本中，則不需要做出這樣的選擇。

波前方法更關(guān)注的是波前如何隨著空間幾何的變化而變化。換句話說(shuō)，空間曲率的微小變化會(huì)如何影響波前的形狀？

從這個(gè)意義上說(shuō)，波前方法不是通過(guò)時(shí)間或位置坐標(biāo)參數(shù)化的，而是通過(guò)幾何本身的無(wú)限維量，即空間中所有點(diǎn)的總集合，而不僅僅是一個(gè)點(diǎn)。

但是波前是在什么中傳播的？它不能是在空間中，因?yàn)槲覀冇懻摰氖强臻g的波前，而不是空間中的波前。

與粒子不同，粒子的波前在空間中擴(kuò)展并在時(shí)間中傳播，而愛(ài)因斯坦的理論的波前則是在一個(gè)無(wú)限維的超空間中擴(kuò)展，在那里每個(gè)點(diǎn)定義了一個(gè)空間幾何。穿越超空間的單個(gè)光線或路徑不是通過(guò)它們隨時(shí)間的變化定義的，而是通過(guò)一個(gè)無(wú)限維的參數(shù)來(lái)定義的。這個(gè)參數(shù)有助于定義在同一軌跡上兩個(gè)幾何結(jié)構(gòu)“接近”的意義，就像時(shí)間有助于定義兩個(gè)位置在粒子軌跡上彼此接近的意義一樣。但這是有些人為的，它不對(duì)應(yīng)于任何實(shí)際存在的東西。

當(dāng)然，有一種方法可以回到普通的愛(ài)因斯坦方程，但值得思考的是，通過(guò)研究HJE方程，我們是否可以學(xué)會(huì)無(wú)時(shí)間地思考？

從某種意義上說(shuō)，通過(guò)學(xué)習(xí)空間、物質(zhì)和時(shí)間的語(yǔ)言，我們能否領(lǐng)悟到時(shí)間本身并不是我們所體驗(yàn)的線性進(jìn)程，而是一個(gè)人為的參數(shù)？

如果我們可以想象宇宙，不是作為某種在時(shí)間中線性演化的東西，而是作為在無(wú)限維超空間中傳播的波前，那么時(shí)間就不如差異的概念那么有意義。當(dāng)空間幾何變化時(shí)，它從超空間的一個(gè)點(diǎn)移動(dòng)到一個(gè)相鄰的點(diǎn)。

空間幾何從一個(gè)無(wú)限維波前傳播到下一個(gè)的方式來(lái)自HJE方程。然而，這種傳播本身并不需要與時(shí)間或任何參數(shù)相結(jié)合。

如果我們將這個(gè)想法帶入量子領(lǐng)域，會(huì)得到一個(gè)叫做惠勒-德威特方程的東西，它將這一切概括了?；堇?德威特方程與HJE一樣是無(wú)時(shí)間的，但與薛定諤方程不同。它不是一個(gè)完整的量子引力理論，它缺乏完備性，但它確實(shí)告訴我們量子引力應(yīng)該是什么樣的。

這被認(rèn)為是物理學(xué)中的一個(gè)問(wèn)題，因?yàn)槲覀儫o(wú)法在量子引力中解釋時(shí)間。但或許問(wèn)題在于時(shí)間并不是我們所想象的那樣。

在庫(kù)爾特·馮內(nèi)古特的經(jīng)典小說(shuō)《第五號(hào)屠宰場(chǎng)》中，主人公比利·皮爾格林“脫離”了時(shí)間。《降臨》這部基于偉大作家特德·姜的短篇小說(shuō)改編的電影，顯然也借鑒了這部小說(shuō)的很多元素。比利發(fā)現(xiàn)他以亂序體驗(yàn)自己的一生，而且更重要的是，他無(wú)法對(duì)發(fā)生的事情產(chǎn)生任何影響。他的一生是固定的，他的未來(lái)是注定的。

然而，惠勒-德威特方程及其經(jīng)典近似的HJE方程告訴我們，這并不是真的。我們的旅程終點(diǎn)在被觀察或測(cè)量之前并未固定。相反，我們的生命是擴(kuò)展到所有可能性空間的波前。如果我們能夠預(yù)見(jiàn)未來(lái)，那么它就會(huì)變得固定，但只要我們不知道將要發(fā)生什么，未來(lái)可能是未確定的。

此外，時(shí)間本身是不可觀測(cè)的。我們能觀察到的只是變化。未來(lái)和過(guò)去的區(qū)別僅在于宇宙在它們之間的狀態(tài)不同。

我們無(wú)法在惠勒-德威特方程中觀察到時(shí)間的原因是，在廣義相對(duì)論中，時(shí)間對(duì)于所有觀察者來(lái)說(shuō)都不是固定的。因此，那些在超空間中沿不同路徑行進(jìn)的人，甚至在同一路徑上的人，可能會(huì)有完全不同的時(shí)間體驗(yàn)。類(lèi)似地，在量子力學(xué)中，粒子軌跡的概念不再有意義，因?yàn)樗呀?jīng)在空間中擴(kuò)散。同樣，在量子引力中，時(shí)間的概念也不再有意義，因?yàn)樗呀?jīng)擴(kuò)散開(kāi)來(lái)。

從量子的角度來(lái)看，你對(duì)時(shí)間的體驗(yàn)是一種由超空間中波的相長(zhǎng)干涉所創(chuàng)造的錯(cuò)覺(jué)。相長(zhǎng)干涉的例子是，當(dāng)兩個(gè)光源相互作用并產(chǎn)生更強(qiáng)的光束時(shí)，由于光是由波組成的，這種相互作用會(huì)產(chǎn)生交替的亮條和暗條。亮條是相長(zhǎng)干涉，暗條是相消干涉。

超空間幾何的情況也是如此。隨著幾何波的相互作用，它們可以是相長(zhǎng)的或相消的。只有相長(zhǎng)的那些才會(huì)貢獻(xiàn)于我們稱(chēng)之為時(shí)空的經(jīng)典歷史。在惠勒-德威特方程中，哪些幾何結(jié)構(gòu)會(huì)相長(zhǎng)干涉是未確定的。

因此，我們不能像比利·皮爾格林那樣脫離時(shí)間，因?yàn)槲磥?lái)并非固定。時(shí)間本身并非固定。說(shuō)在未來(lái)某個(gè)時(shí)刻t，X會(huì)發(fā)生，其實(shí)是一種手法。我們是在將未來(lái)看作已經(jīng)成為過(guò)去。

如果我們?cè)谡務(wù)撔行堑能壍?，我們的預(yù)測(cè)可能相當(dāng)可靠，因?yàn)檫@種情況發(fā)生的概率很高，但對(duì)于我們?cè)诘厍蛏匣靵y的生活，這樣的預(yù)測(cè)就不那么可靠了。

要真正脫離時(shí)間，我們必須在量子層面上感知時(shí)間，將其視為擴(kuò)展到可能性空間中的波，每個(gè)波都有發(fā)生的概率。這些時(shí)鐘指針的位置是一個(gè)擴(kuò)散的概率場(chǎng)，就像電子在原子周?chē)奈恢靡粯印?/span>

我們的過(guò)去并不決定我們的未來(lái)。

我們將會(huì)到達(dá)的是波前上的某個(gè)位置，而不是某個(gè)時(shí)間點(diǎn)，而是現(xiàn)實(shí)的某種配置。

這就是為什么多重宇宙解釋如此重要，即使那不是現(xiàn)實(shí)中發(fā)生的情況。我們面前有許多潛在的時(shí)間線在延伸。無(wú)論它們是否都會(huì)發(fā)生，或者只有一條發(fā)生，從我們當(dāng)前的時(shí)間狀態(tài)來(lái)看，它們都是同樣真實(shí)的。

一個(gè)很好的例子是我最喜歡的電影之一《無(wú)姓之人》，由賈瑞德·萊托主演。在這部電影中，主角脫離了時(shí)間，但與馮內(nèi)古特的小說(shuō)不同的是，我們很快發(fā)現(xiàn)他在經(jīng)歷多個(gè)互不相容的時(shí)間線。

同樣地，你和我，要想脫離時(shí)間，就必須以這種方式感知未來(lái)。雖然我們對(duì)未來(lái)的控制可能沒(méi)有我們希望的那么多，事實(shí)上，隨機(jī)性起到了更大的作用，然而，我們的未來(lái)至少部分是由我們的選擇決定的。脫離時(shí)間就是要感知所有那些可能的未來(lái)，這些未來(lái)不僅源于我們的選擇，也源于未預(yù)料到的事件。

這表明未來(lái)可能比我們想象的更加狂野和不可預(yù)測(cè)。但要感知未來(lái)，我們必須擴(kuò)展我們的想象力。如果我們只期望平凡的事情發(fā)生，或者讓自己陷入絕望，認(rèn)為什么都不會(huì)改變，那錯(cuò)不在我們的生活，而在我們的想象力。我們的想象力是感知未來(lái)的肌肉，就像任何肌肉一樣，我們必須鍛煉它們，去想象無(wú)限的可能性，不論它們是否會(huì)實(shí)現(xiàn)。