四維時空:時間向前流動是幻覺,未來早已發生? | 宇宙探秘(相對論,科普,量子力學,光速,愛因斯坦,宇宙起源,宇宙大爆炸)

在一個四維時空裏 你的過去、現在和未來是否都存在呢? 你的未來是不是早已經發生了? 甚至,這是不是意味著你的未來是什麼樣早已註定了呢? 令人驚訝的是,答案可能是肯定的 但這怎麼可能呢? 根據愛因斯坦的狹義相對論 時間和空間是一體的 它就是四維時空 時空就是在三維空間的X、Y、Z三條軸Y又加了一條時間軸T 那麼,既然一個人可以處在空間的不同位置 那一個人也可以處在時間點的不同位置 這是否意味著,在這個四維時空裏 我們的過去、現在、未來一直都是時空中的某個坐標點 它們一直在那裏 這就是說,我們的未來早已經發生了 我們從過去走向未來也罷 我們從未來回到過去也罷 只不過是我們在四維時空不同坐標點的位置變換 這到底意味著什麼呢? 時間是如何運作的呢? 歡迎來到《天天讀書會》 這期我們分享的是四維時空裏的未來 四維時空的景象 想像一下,宇宙時空中的每個坐標點 就像一個電影不同時刻的畫面 每個畫面都展示了宇宙四維時空中 某一坐標點發生的一切 在每一個不同的坐標點 各種各樣的事情都在發生 有的坐標點 你剛剛出生 有的坐標點 人類的銀河系文明正在擴張 有的坐標點 你正在拿著手機看視頻 這就是我們所在的宇宙四維時空 不同坐標點的景象 這樣,我們就得到了像看電影時一樣的感受 在看一部新電影時 我們沉浸於電影的每個畫面中 就像我們認為現在所處的時刻纔是真實的 我們常常認為過去是以前發生的 現在發生的又成為了過去 而未來尚未到來 未來的事還沒有發生 這就是我們對時間的感覺,對嗎? 我們感覺到每個時刻都被下一個時刻所取代 過去已遠遠地落在我們身後 而未來充滿未知 但如果時間是別的東西呢? 如果宇宙時空中的每個坐標點 就像已經完成的電影的所有畫面 並把它們堆疊在一起呢? 這樣,我們就得到了一個四維時空區塊 這是一個包含整個宇宙時空所有時間點的區塊 在這個區塊中,所有的時刻點都包含在內 在這個四維時空區塊中 在這個包含不同時間點的集合中 過去、現在和未來都是真實的 並且它們同時存在 這跟我們的感覺完全不一樣 我們認為真實的東西就只有現在發生的事情 過去和未來怎麼可能是真實的呢? 可問題是,根據愛因斯坦的相對論 它們就是真實的 簡單來說,相對論認為 時間和空間不是分開的整體 包含時間和空間的時空纔是一個完整的時空 當一個人在時空中移動時 他就是在變換自己的坐標點 這意味著某人所感知的現在 只是這個坐標點的現在 而宇宙中有許多不同的現在 它們都同樣真實 這也意味著嚴格意義的過去或未來的概念不存在 哪個是真實的現在? 到底哪個纔是真實的現在呢? 我們可以通過一個思想實驗 來幫助我們理解這件事 想像一下有兩艘外星飛船 第一艘只是在太空中懸停 相對於你沒有移動 於是你們都在體驗同樣的現在 如果你跟外星飛船上的外星人之間 有一個神奇的即時互聯網連接 你們可以現在就進行視頻通話 聊聊外星球的事情 第二艘外星宇宙飛船正在超高速飛離我們 它的速度快到超過光速 根據狹義相對論 時間的變化方式跟物體的運動速度有關 所以 外星宇宙飛船在時空中的時間變化方式 與處於靜止狀態的你不同 這意味著它的現在與你的現在不同 假設速度導致的時間差是一分鐘 通過神奇的即時互聯網視頻通話 外星人就可以和一分鐘前的你交談 而不是現在的你 到這裡 同一個時空的兩個外星宇宙飛船 有了兩個不同的現在 那麼 哪一個纔是正確的呢? 事實上 宇宙中所有觀察者的視角都同樣是真實的 所以 這些現在都必須同樣是真實的 但如果是這樣的話 我們的過去 現在和未來此時此刻都同時存在於這個時空中 就像對於剛剛提及的兩艘不同飛船上的外星人來說 跟他們通話的就是現在的你 儘管對於你來說 跟兩艘外星宇宙飛船通話的是現在的你和一分鐘前的你 這意味著什麼呢? 過去 現在和未來之間的區別只不過是一種假象 甚至 宇宙並不是隨著時間而往前演變的 所謂時間只能往前不能往後只是人們的錯覺 相反 就像電影裡的畫面那樣 過去 現在 未來都不過是四維時空裡一個靜態的坐標點 它們就在那裡 過去 現在和未來共存並且都是真實的 這個結論引出了另一個細思極恐的問題 過去已經發生且不能改變 這個我們可以理解 但未來竟然也存在於時空中的某個坐標點 那麼 所有宇宙中正在發生的變化和發展是怎麼回事呢? 它們難道只是人們的幻覺嗎? 個人選擇是幻覺嗎? 既然過去 現在 未來都已經寫好並存在於宇宙時空的某個坐標點裡 那宇宙的四維時空就不會發生任何改變 宇宙只是一個靜態的存在 這就像一部已經拍好的電影 所有將要發生的故事都已經寫好並決定好了 也就是說 我們的未來已經寫好了嗎? 如果所有時間點共存於時空中且同樣真實 那麼我們的未來就一定是已經寫好了 但是 這不是我們自認為的感覺和體驗事物的方式 我們一直感覺我們自己可以用一個個決定來塑造我們的未來 你可以自由選擇這一秒停止觀看視頻 往遠處望一會兒 你可以選擇早睡早起 保持好習慣 讓自己擁有一個好身體 但是 如果未來是已經寫好的 那我們就無法決定任何事情 那麼 我們的選擇是一種幻覺嗎? 或許 真是這樣 或許 我們的自由意志只是海市蜃樓 或許 你在這一刻看這個視頻這件事不是你決定的 它在宇宙大爆炸形成宇宙那一刻就已經註定了 但是 這又不符合我們對量子力學的理解 我們知道 量子過程是無法預測的 量子場內的變化不可預測且是順時的 這並不是因為我們人類愚蠢 不知道如何預測 而是根據量子力學 量子的粒子的本質是隨機的 例如 如果你有一個放射性原子 它可能隨時衰變 下一秒或未來一百萬年 我們可以計算它明天衰變的概率 但我們還沒有發現任何物理學能夠絕對肯定地推測出它是否會衰變 但是 量子粒子可以影響世界 想像一下 一種放射性元素隨機衰變 並導致附近哺乳動物的基因突變 然後 許多代之後 這種突變導致了一種奇怪的鴨子和哺乳動物的混合 或者 原子在一天後衰變 這種奇怪的生物將永遠不會存在 如果量子過程的不確定性是對的 未來就不會是一成不變的 但如果未來是一個沒有寫好的電影 它就不可能像過去那樣真實 不能改變 那麼 當不確定的事情 比如原子的衰變成為現實時會發生什麼呢? 它會對時空的座標點產生什麼影響呢? 按我們常規的理解 對於每一個單獨的物體 一個人類 一個外星人 一個原子 他們的過去 現在和未來總是有明確的定義的 一個人的死亡總是發生在他出生之後 永遠不會發生在出生之前 也永遠不會同時發生 所以 到底哪裡出問題了呢? 四維時空不包含未來嗎? 讓我們回到我們的四維時空裡 也許 四維時空中並不包含未來 也許 我們只是想像錯了 也許 四維時空裡主要就是累積的過去 然後表面上薄薄的一層就是現在 那個表面並不光滑 而是坑坑疤疤 凹凸不平 它是由無數個個體的現在連接而成的 每個現在都是宇宙中的某人或某物正在經歷的事 每個現在都同樣真實和有效 同時 隨著新事物的發生 和不確定的事物變成確定的 比如放射性原子衰變 新物種的出現 人們的一個突發奇想的決定等 這些創造了宇宙中的新事件 四維時空或許不是靜態的 未來不能改變的時間快 而是在不斷往前推進 是一個個現在變成過去的時空 這也像我們感知到的 我們的每一個決定造就了我們的未來 也許你還是該早睡早起 這樣你就能擁有好的身體了 當然 也有可能量子力學的不確定性和不可測性是錯誤的 畢竟人們對量子世界的認知還有待完善 畢竟愛因斯坦口中的四維時空裡的時間軸體是可以變化數值的 或許 如果回頭看看人類對時間的不同認識階段就能明白 我們人類對時間的認知還是太侷限了 對時間認識的不同階段 從人類誕生至今 我們開始一直把時間當成只能往前推進不能倒退的電影 一個接一個的現在成為過去 只有當前的現在才讓我們感覺真實 然而 在隨後的愛因斯坦的相對論中 他提出時空是一體的 那麼四維時空中的時間軸體就應該也是可以變化的數值 那在這個四維時空中的過去 現在 未來都會同時存在 它們應該都是真實的 但是 這就意味著我們生活在一個靜態的宇宙中 未來已經註定而無法改變 人類的自由意志是一種幻覺 但如果人的自由意志不是幻覺 那四維時空的時間軸就只能往前 那我們就能得到一個不斷增長的四維時空塊 時間在這裡只能向前流逝 未來是開放的和未知的 那麼 究竟哪一個纔是正確的呢? 什麼纔是真實的呢? 現在還是未來呢? 宇宙另一端的高智慧外星人 對這個問題有什麼看法呢? 說實話 目前沒人知道 畢竟 我們對時間的認識還是有自己的侷限性的 儘管我們已經知道了描述時間的兩種可能性 但它們並不是唯一的 一些科學家認為 現在的概念只在一個人身邊有意義 而在整個宇宙中現在就是個偽命題 另一些人認為時間本身甚至不存在 整個時間概念都是我們人類思維的幻覺 還有一些人認為時間確實存在 但它不是宇宙的基本特徵 相反 時間可能是從更深層次的現實中表現出來的現象 它代表的就是能量的轉化 時間是抽象而難以捉摸的 它超出了人類的完全理解範圍 這就像我們熟知的螞蟻 我們知道 由於螞蟻的視覺只有二維感知 所以螞蟻眼中的世界就是一個平面世界 好比我們在看電視裡的畫面一樣 螞蟻的前方只有長和寬 沒有高度 所以它們只能掃蕩存在於平面空間的食物 一旦食物跑到了它們頭頂上方 它們就無法感知到了 它們甚至認為食物消失了 很多人會嘲笑螞蟻視野太窄了 眼中只有一個二維空間 太可憐了 可事實上 我們人類也不比它們強到哪裡去 我們人類不是也在經歷相同的過程嗎 跳出既有的感知世界的方式 這對人類來說也一樣很難 在公元前六世紀之前 那時的人類認為天緣地方 公元前六世紀 畢達哥拉斯提出地緣說 公元前四世紀 亞裏士多德給出科學解釋 證明地球到底是不是圓的 僅僅是地球是不是圓的這件事 人類就整整討論了二百年 而畢達哥拉斯絕對想像不到 在他發表了地緣說的兩千多年之後 人類纔可以真的站在外太空 看著這顆蔚藍的星球來印證它的猜想 如果螞蟻是智慧生物 如果螞蟻中的科學家提出三維空間論 那它們同類的大部分也許會很難理解 它們所在的竟然真的是一個三維空間 人類也是一樣 我們眼中看到的是三維的世界 而人類中的科學家愛因斯坦 在相對論中提出了時空一體的概念 他的四維時空理論 在空間中的X、Y、Z軸之外 又加了一個時間軸體 儘管我們很多人已經接受了這個理論 但我們卻看不到這個四維時空 或許需要經過千萬年 我們的後代纔可以乘著接近光速的飛船 在星際中遨遊來親眼見證時間的流淌 就像現在的人類站在外太空 看著這顆蔚藍的星球 來印證畢達哥拉斯的猜想一樣 到那時人類或許真的可以超越時間的限制 人類可以在四維時空裡 在不同的坐標點穿越 人類可以回到過去 也可以穿越時間去看看他們的未來 感謝觀看《天天讀書會》 如果你覺得這期的分享有收穫 別忘了分享給自己的家人或朋友 我們下期見