愛因斯坦的廣義相對論既解釋了引力，也解釋了我們宇宙的形狀，有大量的證據(jù)支持他的理論。廣義相對論也對時間哲學產(chǎn)生了巨大的影響。這種哲學是愛因斯坦所相信的：時間是另一個維度，就像三維空間一樣，宇宙是一個四維時空結(jié)構(gòu)。

• 阿爾伯特·愛因斯坦紀念館內(nèi)的雕塑。在他拿著的書上寫著他著名的方程，包括愛因斯坦廣義相對論的場方程。

愛因斯坦關(guān)于時間維度的觀點一直被討論?？苹眯≌f、電影和電視劇，如《回到未來》、《星際迷航》和《神秘博士》都引用了他的理論，他們把時間旅行描述為從一個時間點到另一個時間點的旅行就好像我們從一個真實存在的地方旅行到另一個真實存在的地方。但兩個時間真的同時存在嗎，還是說“現(xiàn)在”是唯一存在的時間？

假設你是一個時間旅行者，想回到白堊紀去看一些恐龍。那些恐龍是在過去的某個地方，就像歷史長河上的某個點？還是你需要以某種方式倒帶世界，讓它退化，回到過去？

似乎愛因斯坦的理論支持了前一種觀點：所有時間都“同時”存在于時空中的某個地方。正因為量子力學否定了決定論，我們都知道，一旦上帝擲出骰子，我們將體驗一個未來，而現(xiàn)在將成為過去。他的理論有充分的證據(jù)支撐，所以這似乎是板上釘釘?shù)氖隆?/span>

但仔細思考他的理論，我們就會發(fā)現(xiàn)他的時空哲學是如何被融入相對論的，導致他以自己希望的方式來闡述它。

相對論的時間哲學

1905年在瑞士專利局工作時，愛因斯坦發(fā)展了現(xiàn)在被稱為狹義相對論的理論。在這個理論中，他展示了我們對時間和空間的感知是如何隨著我們的運動狀態(tài)而變化的。我們很多人都熟悉這樣一個概念：如果一個人或一件東西接近光速，我們就會看到這個人或一件東西在時間上減速（時間膨脹），長度也發(fā)生了變化。

當時，愛因斯坦并沒有提出狹義相對論與時空幾何有任何關(guān)系。現(xiàn)在我們經(jīng)常在粒子加速器中觀察到它的作用，粒子加速器可以將物質(zhì)加速到接近光速。

幾年后，數(shù)學家閔可夫斯基將愛因斯坦的思想融入到時空理論中。他可以證明，這些奇怪的時間“膨脹”和長度收縮，都是我們在一個相對的四維“時空”中移動的結(jié)果。愛因斯坦很興奮地接受了這個想法，并將引力納入其中。在他的理論中，時空是彎曲的，而這種彎曲在我們看來就像引力。他在1915年向世界提出了他的理論，在1919年，這個理論在日食期間通過太陽附近的星光的觀測中得到了證實。

愛因斯坦的理論將宇宙描述為一個四維的“流形”，“流形”這個詞指的是具有特定屬性的形狀。在這個“流形”里的人和事物必須遵循一條嚴格的規(guī)則：移動的速度不能超過光速。不幸的是，在閔可夫斯基的宇宙中，比光更快的速度是唯一可以回到過去的方式。但是，在愛因斯坦的理論中有一個漏洞。時空本身可以以這樣一種方式形成，即點與點之間的某些路徑比其他路徑短，因此，即使你的速度不能超過光速，你也可以縮短兩點之間的旅程。你也可以用“橋”把未來的一個點和過去的一個點連接起來。

愛因斯坦“流形”的另一個性質(zhì)是不存在普適時間這種東西。每件事都有它自己的“固有”時間。距離很近、運動狀態(tài)相似的物體也會經(jīng)歷類似的時間流，這就是為什么我們在地球上都經(jīng)歷了幾乎相同的時間流。地球上的普通速度的變化和引力場的微小差異非常微小，以至于只有超級精確的原子鐘才能測量這些差異。

似乎所有這些關(guān)于時間和地點之間的橋梁的討論和沒有普遍時間的討論意味著時間就像一條高速公路。我們都在自己的車里前進，體驗著自己的時間之旅。有出口坡道和上坡道。所有這些都支持了這樣一個觀點，即我們想看到的恐龍就在我們身后的六千五百萬年以前。一個時間旅行者只需要在時間的流動中“掙脫”，走一條捷徑回到過去。

但事情并不是一成不變的。

事實上，廣義相對論是根據(jù)愛因斯坦的哲學來制定的。它提出空間和時間有一個幾何形狀。如果一個物體有一個幾何形狀，它在某個時間或某個地方必須包含所有存在的點。這部分理論沒有證據(jù)，因為該理論的所有測試都是在宇宙的一小塊區(qū)域內(nèi)進行的（地球及其周圍）。甚至對深空的觀測也可以通過觀察“古老的光”來實現(xiàn)，這些光已經(jīng)經(jīng)過了數(shù)百萬年或數(shù)十億年才到達我們這里。

愛因斯坦公式有一個問題。問題是，愛因斯坦從具有幾何形狀的時空跳躍到任何“自由落體”的物體，即沒有受到外力的物體，在那個時空中遵循“測地線”。測地線是曲線幾何中最短的直線路徑。。在地球上，測地線是兩點之間的“大圓”路徑。因此，它總是把地球分成兩個相等的部分。

我們都知道，如果你在海洋上，沿著一個恒定的方向航行，你不會沿著一個大圓的路徑。相反，你會遵循一個“恒向線”路徑，這根本不是最短的直線路徑。為了遵循一個大圓的路徑，你需要做周期性的路線修正。在愛因斯坦的彎曲時空中，有一種機制可以做出這些航向修正，那就是引力。但現(xiàn)在看來，這個理論有兩個獨立的部分：一個是彎曲的時空，就像地球，另一個是使我們服從彎曲的力，引力，就像船長。

奧卡姆剃刀告訴我們，我們不應該發(fā)明沒有任何目的的東西，所以如果我們想解釋引力，我們可以擺脫彎曲的時空而保留引力，這似乎是合理的。我們需要一個坐標系來分隔物體，但我們不需要愛因斯坦的幾何理論。

規(guī)范引力理論的時間哲學

1950年，內(nèi)山菱友（Ryoyu Utiyama）創(chuàng)立了另一個版本的廣義相對論，叫做規(guī)范引力理論。規(guī)范理論隨后爆發(fā)，并解釋了所有其他的力：弱力、強力和電磁力，成為現(xiàn)在所知的量子物理的標準模型。所有規(guī)范理論都有一個幾何解釋，但對于其他力，它不是基本的。其他力的幾何形狀存在于由復數(shù)構(gòu)成的空間中，所以它們不是那么直觀。盡管如此，大多數(shù)關(guān)于引力的描述還是采用了幾何方法。規(guī)范理論引力的優(yōu)勢在于它將引力作為一種力呈現(xiàn)出來。

現(xiàn)在讓我們回到高速公路的類比。在愛因斯坦的曲線流形理論中，我們行駛在高速公路上，過去是“在后面”，而未來是“在前面”。然而，在規(guī)范理論的版本中，我們可以在跑步機上，周圍有屏幕顯示風景，就像某種賽車模擬器。兩種情況下施加在我們身上的力是相同的（它們在數(shù)學上是等價的）。時空坐標，不是代表流形上的一個點，而是一個構(gòu)造，幫助我們把不同的事件標記為彼此不同的事件。當我從一個地方旅行到另一個地方時，規(guī)范理論告訴我當我穿過這段“距離”時會發(fā)生什么。它還告訴我，不同的人（相對論中的“觀察者”）會有不同的體驗，這取決于他們?nèi)绾闻c規(guī)范引力相互作用。

假設宇宙不是流形。假設在現(xiàn)實中，根據(jù)愛因斯坦的理論，你既沒有經(jīng)歷空間上的運動，也沒有經(jīng)歷時間上的運動，而是與一種規(guī)范力相互作用，使它看起來好像你在運動。這意味著，不僅過去不是在某處，而且其他地方也不是確切地在那里。更確切地說，從一個地方到另一個地方或從一個時間到另一個時間，你與規(guī)范引力相互作用，引力會像跑步機一樣平移、旋轉(zhuǎn)、扭轉(zhuǎn)和加速你。

雖然規(guī)范理論目前對物理測量沒有什么意義，因為它在數(shù)學上等同于廣義相對論的幾何形式，但它有哲學意義。如果過去和未來不存在，那么它們可以在我們和宇宙之間的相互作用中創(chuàng)造出來，特別是當我們將量子的不確定性引入其中時。

從物理學中得出哲學結(jié)論是危險的，更危險的是將一種物理理論的解釋作為唯一的解釋。如果哲學史有什么指導意義的話，人們會根據(jù)自己希望的真理來選擇立場。就我個人而言，我喜歡這樣的想法：我的選擇很重要，未來由我來選擇。像愛因斯坦這樣的人會希望有一個宇宙，在那里他們不必為自己的行為負責。如果物理學的歷史可以作為指導，當我們認為我們已經(jīng)理解了宇宙的意義時，它將揭示出我們?nèi)匀粵]有線索。