命运的量子力学

T他只是客观世界是而不是发生数学家和物理学家赫尔曼·韦尔在1949年写道。从他的观点来看，宇宙在时间上的布局和在空间上的布局一样确定。时间不会流逝，过去和未来和现在一样真实。如果你的常识反对这个观点，很可能只有一个原因:因果关系之箭。过去的事件引起现在的事件，而现在的事件又引起将来的事件。如果时间真的像空间，那么来自未来的事件不应该也影响现在和过去吗?

他们实际上可能。约翰·惠勒(John Wheeler)、理查德·费曼(Richard Feynman)、丹尼斯·夏马(Dennis Sciama)和亚基尔·阿哈罗诺夫(Yakir Aharonov)等著名物理学家推测，因果关系是一个双头箭头，未来可能会影响过去。今天，这一观点的主要倡导者是休·普莱斯(Huw Price)，他是剑桥大学(University of Cambridge)的一位哲学家，专门研究时间物理学。普莱斯说:“这个问题的答案是，‘世界会变成这样吗?我们对过去的控制有限吗?’答案是肯定的。”更重要的是，普莱斯和其他人认为，这种控制的证据已经盯着我们半个多世纪了。

他们说，这个证据就是所谓的纠缠，量子力学的一个标志性特征。“纠缠”这个词和浪漫的纠缠有着同样的含义:一种特殊的、潜在的麻烦的关系。当纠缠粒子在实验室中产生时，它们开始时距离很近。然后，当它们被分开时，它们的行为就像一对魔法骰子。你可以在拉斯维加斯“掷出”一个骰子(或测量它的大小)，你的朋友可以在新泽西州的大西洋城掷出另一个骰子，每个骰子都会随机落在一边。但无论这两个方面是什么，它们之间的关系都是一致的:例如，它们可能是相同的，也可能总是有一点不同。如果你曾经看到过这种情况发生，你可能会假设骰子在滚动之前已经加载或固定。但没有哪个扭曲的骰子会有这样的表现。毕竟，大西洋城骰子的行为取决于拉斯维加斯骰子的情况，反之亦然，即使你在同一时刻掷骰子。

因果关系是一个双头箭头，未来可能会影响过去。

对于纠缠的标准解释是两个粒子之间发生了某种即时通讯。它们之间的任何交流都必须在其间的瞬间进行——也就是说，以无限快的速度。这显然比光速还快，而光速是相对论所禁止的通讯速度。根据爱因斯坦的观点，任何东西都不可能做到这一点，这让他认为一定有某种新的物理学在运作，超出了量子力学本身的范围。

假设粒子(或骰子)不是瞬间相互交流的，它们的值也不是预先固定的。似乎没有其他选择了。但在这里，Price要求我们考虑一种不可能的情况:对两个纠缠的粒子中的任何一个做些什么，都会产生时间倒退到过去的某一点，当这两个粒子靠近并强烈相互作用时。在那一点上，来自未来的信息被交换，每个粒子改变它的伙伴的行为，然后这些影响再次延续到未来。不需要即时通讯，也不违反相对论。

乍一看，这种对纠缠的解释将一种麻烦的行为——跨越任意距离的即时通信——替换为另一种——信息在时间上倒退。但是我们真的应该被来自未来的信息穿越到过去的想法所困扰吗?毕竟，从数学上讲，时间上的纠缠和空间上的纠缠是一样的，我们对信息在空间中向各个方向传播没有任何顾虑。

要思考这个问题，请考虑一个最普通的物体:冰棒棒。木棍会弯曲或弯曲，这取决于你对两端施加的压力。现在想象一根冰棒的两端在时间上而不是在空间上分开。同样的逻辑也适用于:棍子中间发生的情况取决于两端的情况。对于纠缠粒子，端点恰好是时间。一端是它们在实验室里紧挨着被创造的那一刻，另一端是它们相距较远并被测量的那一刻。他们在中间时间的行为取决于过去和未来的信息流动。

就像量子力学中的许多其他东西一样，这种反向因果关系的概念在范围上是有限的。只有在某些情况下，我们才能看到未来对过去的影响。虽然单个粒子过程可以在时间上向前或向后移动，但宇宙作为一个整体是向前倾斜的，因为它的过去端点高度有序，而它的未来端点高度无序。我们的死亡率就是这个微观世界的不对称性。

我们对时间流逝的感觉也是如此，引申而言，我们对自由意志的感觉也是如此。我们感觉过去是固定的，因为我们有它的记录，它是在宇宙从它高度有序的起源滑向一个更混乱的未来时创造的。我们对未来没有这样的记录。事实上，你可以把未来定义为“我们不知道的”。关于未来，我们不知道的很多事情之一就是我们自己在未来会做什么。我们只有在生活中才能获得这种知识。我们的决定可能是命中注定的，但我们仍然需要通过步伐，这就是我们的意志的意义。

但在量子层面上，时间是模糊的。海森堡测不准原理使我们对过去事件的了解和对未来事件的了解一样少。从深层意义上说，这些事件对我们来说并不是真正的“过去”，因为我们不知道发生了什么——它们存在于开放的“未来”。因此，预期我们能够影响过去的事件是一致的。量子力学重新划定了无知和知识之间的界限，也因此划定了未来和过去之间的界限。

我们真的应该被来自未来的信息穿越到过去的想法所困扰吗?

但我们对过去的控制是非常有限的——如果宇宙要避免在一个巨大的逻辑悖论中发生内爆，就必须如此。量子力学就是用来否定你的影响的。它在时间的长河中制造了一个漩涡，但只是一个很小的漩涡。

反因果怀疑论者抱怨说，倒不是说反因果关系很奇怪所有解释纠缠的选项是——但是支持者们还没有将他们的想法充实成一个成熟的理论。牛津大学的哲学家大卫·华莱士说:“你不能只接受量子力学的本质，然后说，‘我将用回溯的方法来解释它。’”“你需要想出一个逆向因果的、经验等效的替代量子力学的方法。而这一点还没有做到。”

支持者接受这种批评。周界研究所的物理学家马特·莱弗说:“我们这些想要研究逆反因果关系的人必须想出好办法。”“事实上，现在并不是每个人都把它当回事，我认为他们不这么做是正确的。”华盛顿大学(University of Washington)的物理学家约翰·克莱默(John Cramer)提出了所谓的交互解释(transactional interpretation)，这是发展最完善的回溯因果模型之一。根据克莱默的说法，每一个事件都发出一个波，在时间上向前和向后传播，把对粒子的测量与它早期的准备联系起来，但在时空的其他位置相互抵消。但即使是这幅画，华莱士说，也只是“想法的草图”。现在还没有一个完整的反因果关系模型。

但即使逆序因果关系不存在，它也激发了人们对量子物理学的新思考。例如，人们曾经相信没有一种粒子可以在不干扰的情况下被测量，但在研究类似克拉默的回溯因果模型时，雅基尔·阿哈罗诺夫(Yakir Aharonov)和他的同事提出了一种“弱测量”技术。他们意识到，你可以如此温和地探测一个量子系统，以至于探测的效果在系统固有的不确定性中消失了，但你仍然可以通过反复试验筛选获得有用的信息。阿哈罗诺夫和他的同事们已经在实验中使用了这项技术，他们说这提供了反因果关系的证据——但你不需要相信反因果关系才能使用这项技术。

其他研究人员正在使用逆向因果关系来解释现有的结果。例如，Price的合作者，San José州立大学的理论物理学家Ken Wharton认为，回溯因果关系是理解受挫自发辐射过程的一种自然方式。通常发光的原子在周围环境无法吸收光线时就会停止发光。因此，一个事件(排放)取决于在未来发生或不发生的事情(吸收)。沃顿说:“这是一个例子，粒子探索未来，看到那里有什么，然后根据它做出决定，而不是衰变。”“在因果模型中很难理解。”

回溯因果模型迫使物理学家重新考虑长期存在的禁忌。在为当前的未来事件提供一个角色方面，它结合了延伸至柏拉图和亚里士多德的思路。他们认为，自然和人类一样，都是围绕最终的目的和目标来组织的。就像面包师的目的是烘焙一样，雨滴的目的是落下，种子的目的是长成一棵树。这些所谓的目的论方法在牛顿和他的同时代人证明你可以仅用当前的环境来预测自然物体的未来时，就退出了科学主流。未来没有明确的角色，也没有明确的需求。通过回溯因果关系，物理学可能会迫使一个非常古老的想法回到对话中。

乔治·马瑟是一位物理学和宇宙学的作家，著有《弦理论白痴指南》。他是科学美国人并获得了美国物理科学学会写作奖等荣誉。

本文最初发表于2014年1月的《时代》杂志。