看到今年高考作文題目，就心癢癢地寫了這篇文章。

我把這篇文章投稿首發(fā)在《現(xiàn)代物理知識(shí)雜志》公眾號(hào)上，b站也轉(zhuǎn)發(fā)一下。

全國(guó)甲卷作文題：

人們因技術(shù)發(fā)展得以更好地掌控時(shí)間，但也有人因此成了時(shí)間的仆人。這句話引發(fā)了你怎樣的聯(lián)想與思考？請(qǐng)寫一篇文章。

心血來(lái)潮寫個(gè)高考作文，也許不是很切題，希望試試把語(yǔ)文作文用物理的形式展開(kāi)。靈感和部分素材來(lái)自物理學(xué)家惠勒的女兒懷念父親的文章《在與時(shí)間的斗爭(zhēng)中，他改變了物理學(xué)》。這篇作文完全可以看作該文章的一點(diǎn)點(diǎn)擴(kuò)展、補(bǔ)充、注解，或?qū)⑺ㄋ谆绻芗て鸫蠹乙恍┬⌒〉呐d趣，去看看那篇優(yōu)美、深刻又悲傷（也許不夠嚴(yán)謹(jǐn)客觀）的文章，也很好。

編輯：四毛

審校：花明

1944年夏天，意大利前線的作戰(zhàn)間歇，一位名叫喬的美國(guó)年輕人正在給自己的哥哥寫明信片。他知道，身為物理學(xué)家的哥哥此時(shí)正跟著自己的恩師玻爾，參與著一個(gè)叫做“曼哈頓計(jì)劃“的項(xiàng)目，研究一種神秘且威力驚人的武器。一旦研究成功，有望立刻終結(jié)這場(chǎng)無(wú)休止的殘暴戰(zhàn)爭(zhēng)。

“快點(diǎn)?！眴讨粚懴铝诉@兩個(gè)字。

?“曼哈頓計(jì)劃“的目的是研發(fā)原子彈，而且是鈾彈和钚彈兩條線同時(shí)進(jìn)行。收到明信片的哥哥名叫惠勒，屬于钚彈這條線，此時(shí)正在研究如何高效輸送原材料钚?！霸龠^(guò)一年吧，”他非常有信心，“我們有希望結(jié)束這場(chǎng)戰(zhàn)爭(zhēng)?！?/p>

彼時(shí)的時(shí)間、空間和手足之情，咔噠一聲在宇宙中交匯。時(shí)間開(kāi)始展露它猙獰的真容。

1934年約翰·惠勒在哥本哈根跟隨玻爾從事博士后研究，

圖片來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)

惠勒的推算非常準(zhǔn)確，一年后的6月，物理學(xué)震驚了全世界。兩顆原子彈在日本上空爆炸，兩座城市瞬間傾覆。時(shí)間剛好，威力剛好，一切皆如惠勒所料。萬(wàn)般謀算只疏忽了一件事：弟弟喬剛剛在老家佛羅倫薩附近戰(zhàn)死沙場(chǎng)，尸體正躺在掩體中。

得知消息后，惠勒這樣問(wèn)自己：“如果原子彈計(jì)劃早一年開(kāi)始，早一年結(jié)束，就能挽救1500萬(wàn)人的生命，我弟弟喬就是其中之一。”為什么事情偏偏要這樣發(fā)生？時(shí)間這個(gè)神秘的維度，究竟有著怎樣不可為人類所認(rèn)識(shí)的含義？

從此，惠勒陷入對(duì)時(shí)間無(wú)休止的追尋。

在此之前，惠勒對(duì)時(shí)間充滿愉悅的著迷。他曾經(jīng)興奮地給學(xué)生費(fèi)曼打電話談自己靈光一現(xiàn)的領(lǐng)悟：正電子只是一個(gè)在時(shí)間上逆行的電子。

讓我們把惠勒的想法說(shuō)得通俗點(diǎn)：假如在空間中心放一個(gè)電子，周圍有一個(gè)帶負(fù)電的粒子，當(dāng)時(shí)間往前走，負(fù)電粒子會(huì)被排斥，遠(yuǎn)離電子。假如我們有一臺(tái)攝像機(jī)，把整個(gè)過(guò)程錄下來(lái)，再倒過(guò)來(lái)播放，就會(huì)看到負(fù)電粒子正在靠近中心，好像中心放著的其實(shí)是一個(gè)質(zhì)量和其他性質(zhì)都與電子相同，只有電荷相反的粒子，也就是正電子。

如果說(shuō)當(dāng)時(shí)的思考還有孩子氣的快樂(lè)，那么此后對(duì)時(shí)間的追尋則總是帶著悲傷的味道。

出身哥本哈根學(xué)派的惠勒不可自拔地一頭扎進(jìn)了愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論。大概是迷戀愛(ài)因斯坦-羅森橋在理論上可以時(shí)空旅行的能力，他給這條橋取名叫“蟲洞”，雖然愛(ài)因斯坦本人認(rèn)為它只是個(gè)“數(shù)學(xué)伎倆”。

他也對(duì)錢德拉塞卡和奧本海默等人提出的預(yù)言從反對(duì)到癡迷。那個(gè)預(yù)言稱：一顆足夠重量的死恒星將會(huì)坍縮，向中心堆積，空間會(huì)無(wú)盡地彎曲，物質(zhì)將無(wú)窮密集，形成一個(gè)質(zhì)量無(wú)窮大的黑點(diǎn)。在黑點(diǎn)附近，所有物質(zhì)、粒子，甚至光這種電磁波都無(wú)法逃脫。

既然光都無(wú)法逃脫，惠勒給它取名為“黑洞”。他更感興趣的顯然是黑洞對(duì)時(shí)間的影響，他在自傳中寫道：“黑洞讓我們知道，空間可以像紙一樣被揉捏成一個(gè)無(wú)窮小的點(diǎn)，小到時(shí)間會(huì)像火焰一樣被熄滅，而我們之前所以為的'神圣'不可變的物理法則也再不是那樣了?！?/p>

接下來(lái)，惠勒試圖修補(bǔ)廣義相對(duì)論和量子力學(xué)之間的裂縫，作為哥本哈根學(xué)派堅(jiān)定的成員，打算把物理學(xué)上兩個(gè)無(wú)比重要、又對(duì)他本人意義非凡的理論統(tǒng)一起來(lái)。在他看來(lái)，裂縫的關(guān)鍵正是時(shí)間。

量子雙縫實(shí)驗(yàn)進(jìn)入他的視線。這個(gè)如今被網(wǎng)上稱為“最恐怖實(shí)驗(yàn)”的過(guò)程其實(shí)很簡(jiǎn)單：高中物理課上都做過(guò)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，在一個(gè)光源和接受屏之間放置一個(gè)擋板，擋板上有兩條平行的狹縫，光透過(guò)狹縫，產(chǎn)生了明暗相間的干涉條紋。顯然光是一種波，像水波一樣疊加出了這種效果。

可是，如果從量子視角再做這個(gè)實(shí)驗(yàn)：當(dāng)這個(gè)光源每次只釋放一個(gè)光子，而且間隔很長(zhǎng)，光子穿過(guò)狹縫到達(dá)屏上才釋放下一個(gè)，又會(huì)發(fā)生什么？

按照常理推斷，單個(gè)光子是粒子，它只會(huì)以50%的概率通過(guò)其中一個(gè)狹縫，那么每次屏上只會(huì)記錄下一個(gè)亮點(diǎn)，隨著光子的累積，最終會(huì)形成兩塊光斑。

實(shí)驗(yàn)家的結(jié)果令人吃驚：屏上依然會(huì)形成明暗相間的條紋。換句話說(shuō)，單個(gè)光子也是波，也會(huì)發(fā)生干涉？和誰(shuí)干涉呢？只能是和它自己。光子顯然是在穿過(guò)狹縫時(shí)分了身，從兩個(gè)狹縫穿過(guò)去了。

更詭異的來(lái)了。當(dāng)實(shí)驗(yàn)家安裝了探測(cè)器，想看看光子到底從哪條縫穿過(guò)時(shí)，光子又只從一個(gè)縫隙穿過(guò)，干涉條紋消失了，屏幕上留下兩塊光斑，呈現(xiàn)出了粒子性。

仿佛光子有了意識(shí)，要和人類捉迷藏。

光子當(dāng)然沒(méi)有意識(shí)。是我們是否對(duì)光子進(jìn)行測(cè)量，決定了它到底要走一條路，還是兩條路。惠勒覺(jué)得非常有趣，我們想去搞清楚原因的行為，反而影響了原因本身。那么，能不能把這個(gè)過(guò)程想得更細(xì)致些？

1979年，惠勒在馬里蘭大學(xué)做了一場(chǎng)演講，提出了一個(gè)思想實(shí)驗(yàn)。他說(shuō)，雙縫實(shí)驗(yàn)中，在光子穿過(guò)狹縫后，假設(shè)我們的速度足夠快，此時(shí)迅速在接受屏的左右各伸出一個(gè)小望遠(yuǎn)鏡，去看光子到底怎么走。那么事情就詭異起來(lái)了：既然觀測(cè)行為發(fā)生在光子穿過(guò)狹縫之后，那么光子此時(shí)已然通過(guò)了兩個(gè)狹縫，接收屏上應(yīng)該留下干涉條紋；可事實(shí)上我們的確做了觀測(cè)行為，所以光子必然只能以50%的概率，只穿過(guò)其中一個(gè)狹縫，接收屏上事實(shí)上只會(huì)留下兩塊光斑。

也就是說(shuō)，我們?cè)谑潞鬀Q定觀測(cè)的行為，影響了光子此前（穿過(guò)狹縫時(shí)）的行為，后果影響了前因，現(xiàn)在改變了過(guò)去。時(shí)間在這個(gè)思想實(shí)驗(yàn)里愈發(fā)挑戰(zhàn)直覺(jué)和經(jīng)驗(yàn)。

當(dāng)然，伸出兩個(gè)小望遠(yuǎn)鏡的思想實(shí)驗(yàn)很難實(shí)現(xiàn)?；堇赵谘葜v中又同時(shí)給出了可以操作的改良版本，就是我們現(xiàn)在能夠在各類科普中找到的半透鏡和反射鏡版本。設(shè)計(jì)更精妙一些，原理和上述一致，這里就不贅述了。

惠勒的野心并不止于此。他真正關(guān)心的，還是由漫長(zhǎng)時(shí)間創(chuàng)造的這個(gè)宇宙，到底有沒(méi)有可能由當(dāng)下選擇觀測(cè)而影響它的創(chuàng)生過(guò)程。

惠勒的思想實(shí)驗(yàn)在后來(lái)的幾十年里引起了許多討論，也就是鼎鼎大名的延遲選擇實(shí)驗(yàn)。因?yàn)楹汀把Χㄖ@的貓”一樣詭異違反常識(shí)，也有人稱它“惠勒貓”。

五年后，延遲選擇實(shí)驗(yàn)由當(dāng)時(shí)在臺(tái)下聽(tīng)演講的幾位實(shí)驗(yàn)學(xué)家成功實(shí)現(xiàn)，結(jié)果和預(yù)期的一模一樣，惠勒貓走進(jìn)了現(xiàn)實(shí)。

惠勒曾經(jīng)在自己的日記中提出一個(gè)U形宇宙的想法。右端的起點(diǎn)代表時(shí)間的起源，左邊的起點(diǎn)代表當(dāng)下。按照延遲選擇實(shí)驗(yàn)的思路，我們似乎可以通過(guò)在當(dāng)下的量子觀測(cè)，影響起源的整個(gè)過(guò)程。恒星誕生和死亡，行星的誕生和穩(wěn)定，也許因?yàn)槲覀儸F(xiàn)在的選擇，都和它原本應(yīng)該的樣子不同。

盡管如此，惠勒還是認(rèn)為并沒(méi)有洞察到問(wèn)題的核心：量子觀測(cè)到底如何做到呢？我們到底該如何改變過(guò)去呢？隨著身體逐漸老邁，病痛逐漸增加，他越來(lái)越著急，也越來(lái)越沮喪。1999年，88歲的惠勒在日記中寫道：存在何為？量子何來(lái)？死亡是對(duì)提出這種問(wèn)題的懲罰嗎？

四年后，他寫道：剩下的時(shí)間不多了。

2008年，96歲的惠勒在這場(chǎng)對(duì)時(shí)間的追尋中，最終宣告落敗。

讓我們回到惠勒的老本行：哥本哈根詮釋。用這個(gè)體系去解釋延遲選擇實(shí)驗(yàn)，時(shí)間在其中也許不太重要。光子并不是有時(shí)候選擇當(dāng)波，有時(shí)候選擇當(dāng)粒子，而是始終既是波又是粒子。光子始終以概率波的形式存在（波動(dòng)性），當(dāng)我們對(duì)它的位置進(jìn)行測(cè)量時(shí)，它又只會(huì)在一個(gè)地點(diǎn)出現(xiàn)（粒子性），其概率波也由于測(cè)量這一行為發(fā)生了變化。

正如玻爾所說(shuō)：“以人們尋常的眼光和傳統(tǒng)的思維模式來(lái)詢問(wèn)一個(gè)光子或電子究竟是什么，這個(gè)問(wèn)題的本身就是沒(méi)有意義的。”

按照學(xué)術(shù)界普遍采用的解釋，量子中的概率是惠勒提出的玄妙問(wèn)題的答案，后置的結(jié)果并不影響前因。時(shí)間還是滴滴答答地冷酷前行，我們終究無(wú)法在宇宙此刻安裝一只眼，改變洪荒的盡頭。孔子還是要感嘆逝者如斯夫?；堇障駛€(gè)最卑微的仆人，耗盡全部心力，卻始終沒(méi)能掀開(kāi)時(shí)間這位主人神秘的面紗，哪怕驚鴻一瞥。

這一整場(chǎng)追逐都像一首最悲壯的科學(xué)史詩(shī)。

可無(wú)論如何，這場(chǎng)追逐終究有寶貴的東西留下來(lái)了。在科學(xué)史的書寫中，惠勒對(duì)現(xiàn)代物理教育的貢獻(xiàn)不遜于科研成就。他先后指導(dǎo)過(guò)50多位博士生，啟發(fā)了費(fèi)曼、霍金、索恩，在美國(guó)宇宙和天體物理領(lǐng)域中，相當(dāng)一部分開(kāi)拓者和專家都是他的學(xué)生。

費(fèi)曼提到過(guò)，他把惠勒的正電子是電子時(shí)間倒流的思想納入了量子電動(dòng)力學(xué)，這一理論最終使他獲得了諾貝爾獎(jiǎng)?！八?tīng)起來(lái)總是這么瘋狂。但當(dāng)我還是他的學(xué)生的時(shí)候，我發(fā)現(xiàn)，如果你接受了他的一個(gè)瘋狂的想法，然后像剝洋蔥一樣一層一層的剝開(kāi)這個(gè)想法，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，這個(gè)想法的核心是一個(gè)不容置疑的真理?！?/p>

科學(xué)如長(zhǎng)河奔流，永無(wú)斷絕，不舍晝夜。也許有一天，我們終會(huì)發(fā)現(xiàn)到底如何解脫這場(chǎng)來(lái)自時(shí)間的奴役，站在時(shí)空的這一端回望這位老人，報(bào)之以微笑。

參考文獻(xiàn)：

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2. Wheeler J A, Ford K. Geons, black holes and quantum foam: a life in physics[J]. 2000.

3. Thorne K S. John Archibald Wheeler: A Biographical Memoir[J]. arXiv preprint arXiv:1901.06623, 2019.