在哥哥的纠缠下，他彻底改变了物理学

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明信片上只有两个字:“快点。”

33岁的物理学家约翰·阿奇博尔德·惠勒（John Archibald Wheeler）在华盛顿州的汉福德（Hanford）从事向洛斯阿拉莫斯（Los Alamos）输送钚的核反应堆工作，他收到了弟弟乔（Joe）寄来的明信片。那是1944年夏末。乔在意大利的第二次世界大战前线作战。他很清楚他哥哥在干什么。他知道，五年前，惠勒曾与丹麦科学家尼尔斯·波尔坐下来研究过核裂变的物理学，结果表明，铀或即将被发现的钚等元素的不稳定同位素在受到中子轰击时，会裂开缝隙，释放出难以想象的原子能储备。足以夷平一座城市。足以结束一场战争。

明信片到达后，惠勒以最快的速度工作，曼哈顿项目在第二年夏天完成了原子弹的建造。物理学家在新墨西哥州的乔纳达·德尔·穆尔托沙漠上空引爆了人类历史上第一次核爆炸，将1000英尺的沙漠沙子变成了玻璃。J.罗伯特·奥本海默，该项目的负责人在10英里外的一个大本营的安全地带监视着，并默默地引用了来自世界各地的印度教经文博伽梵歌：“现在我变成了死亡，世界的毁灭者。”在汉福德，惠勒的想法有所不同：我希望我不会太迟。他不知道，在佛罗伦萨附近的山坡上，乔躺在散兵坑里，已经死了。

当惠勒得知这一消息时，他非常震惊。他自责。他在回忆录中写道：“人们无法逃避这样一个结论：一个原子弹计划早一年开始，早一年结束，本可以挽救1500万人的生命，我哥哥乔就是其中之一。”。“如果我试过的话，我可能会影响决策者。”

时间作为一名物理学家，惠勒一直好奇于解开这个神秘维度的本质。但是现在，在乔死后，这是私人的。

惠勒的余生都在与时间抗争。他的日记，他一直保存在手边（今天被藏在费城美国哲学学会图书馆的档案中，未出版），展示了一幅令人震惊的肖像，描绘了一位痴迷的思想者，他意识到自己即将死亡，陷入了与时间赛跑的境地，不是为了回答一个问题，而是为了回答一个问题这个问:“存在是怎么来的?”

惠勒写道：“在对存在进行透彻描述的所有障碍中，没有一个比‘时间’更令人沮丧。”。“解释时间？不能不解释存在。解释存在？不能不解释时间。”

随着岁月的流逝，惠勒的日记中关于时间的条目越来越频繁和紧迫，它们的台词也越来越不稳定。在一篇文章中，他引用了丹麦科学家兼诗人皮埃特·海因的话：

“我想知道
整个表演是什么
都是关于
之前。”

在他的幕布落下之前，惠勒比他之前或之后的任何思想家更彻底地改变了我们对时间的理解——这一改变是由对他兄弟的记忆推动的，是一场由遗憾推动的革命。

惠勒在想:我希望我还来得及。他不知道，在佛罗伦萨附近的山坡上，乔躺在散兵坑里，已经死了。

我1905年，在惠勒出生前6年，爱因斯坦创立了狭义相对论。他发现，对每个人来说，时间并不是在每个地方都以稳定的速度流动;相反，它是相对于观察者的运动的。你走得越快，时间走得越慢。如果你能像光速一样快，你就会看到时间停止并消失。

但在爱因斯坦发现后的几年里，量子力学的公式让物理学家们得出了与时间相反的结论。量子系统是用称为波函数的数学波来描述的，它对在测量时发现任何给定状态下的系统的概率进行编码。但波函数不是静态的。它是安格斯，它在进化及时. 换句话说，时间是在量子系统之外定义的，量子系统是一个外部时钟，它在绝对秒之后一秒一秒地滴答作响，这是对爱因斯坦的直接蔑视。

当惠勒在20世纪30年代首次涉足物理学领域时，两种理论陷入僵局，时间的本质悬而未决。当他在普林斯顿大学(Princeton University)开始学术生涯时，惠勒说话温和，彬彬有礼，穿着熨得整整齐齐的西装和领带。但在他的保守行为背后，隐藏着一颗无畏的激进思想。由一个图书管理员家庭抚养长大的惠勒是一位如饥似渴的读者。当他在解决广义相对论和量子力学的棘手问题时，他不仅参考了爱因斯坦和波尔，还参考了亨利·詹姆斯(Henry James)的小说和西班牙作家安东尼奥·马查多(Antonio Machado)的诗歌。他旅行时在手提箱里拖着一本同义词典。

1940年春天的一天晚上，惠勒在普林斯顿第一次意识到了这一点。当时他正在思考正电子。正电子是电子的反粒子变换自我：相同的质量，相同的自旋，相反的电荷。但为什么会存在这样的变换自我呢？当这个想法产生时，惠勒给他的学生理查德·菲打电话“他们都是同一个粒子！”

“想象一下，整个宇宙中只有一个孤立的电子，”惠勒说，在时空中蜿蜒前行，追踪的路径如此曲折，以至于这个单个粒子呈现出无数粒子的幻觉，包括正电子。惠勒宣称，正电子只是一个时间倒转的电子。（一位心地善良的费曼在1965年诺贝尔物理学奖的获奖演讲中说，他从惠勒那里窃取了这个想法。）

20世纪40年代，惠勒参与了曼哈顿计划(Manhattan Project)的工作，之后他渴望回到普林斯顿，从事理论物理学。然而，他的返回被推迟了。1950年，由于未能及时救下自己的兄弟，他与物理学家爱德华·特勒一起在洛斯阿拉莫斯制造了一种比原子弹更致命的武器——氢弹。1952年11月1日，惠勒登上了S.S.柯蒂斯这里距离太平洋上的Elugelab岛约35英里。他看到美国引爆了一枚氢弹，其能量是摧毁广岛的氢弹的700倍。当测试结束时，Elugelab岛也结束了。

惠勒在洛斯阿拉莫斯的工作完成后，“爱上了广义相对论和万有引力。”回到普林斯顿，就在爱因斯坦家的街上，他站在黑板前，讲授了有史以来第一门关于广义相对论和万有引力的课程。广义相对论描述了质量如何将时空扭曲成我们称之为引力的奇怪几何体。惠勒想知道这些几何图形有多奇怪。当他把这个理论推向极限时，他被一个似乎能改变时间的物体迷住了。它被称为爱因斯坦-罗森桥，它是一种隧道，开辟了一条宇宙捷径，连接了时空中的遥远点，因此通过进入一端和从另一端出现，一个人可以比光速更快或在时间上倒退。热爱语言的惠勒知道，通过命名，人们可以为晦涩难懂的数学难题注入生命；1957年，他给这个扭曲的现实取了个名字：虫洞。

当他进一步穿越时空时，他发现了另一个重力异常，一个质量如此密集的地方，重力变得无限强大，时空无限混乱。这个，他也给了一个名字：黑洞。这是一个“时间”失去一切意义的地方，仿佛它一开始就不存在。惠勒写道：“每个黑洞都会终结时间。”。

当惠勒进一步穿越时空时，他发现了另一个引力异常现象。这个异常现象也被他命名为：黑洞。

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20世纪60年代，越南战争撕裂了美国文化的结构，惠勒努力弥合广义相对论和量子力学之间的物理裂痕——一个叫做时间的裂痕。1965年的一天，惠勒在北卡罗来纳州等待中途停留时，请他的同事布莱斯·德维特陪他在机场呆上几个小时。在终端，惠勒和德维特写下了一个波函数方程，惠勒称之为爱因斯坦-薛定谔方程，其他人后来称之为惠勒-德维特方程。（德维特最终称之为“那个该死的方程式”。）

惠勒和德维特的波函数描述了整个宇宙，而不是描述在实验室中运动的粒子系统的波函数。唯一的问题是把钟放在哪里。他们不能把它放在宇宙之外，因为根据定义，宇宙没有外部。因此，虽然他们的方程成功地结合了相对论和量子理论的优点，但它也描述了一个无法进化的宇宙——一个冻结的宇宙，停留在一个永恒的瞬间。

惠勒对虫洞的研究已经向他展示了，就像电子和正电子一样，我们也可能能够弯曲和折断时间之箭。与此同时，他对黑洞物理学的研究让他怀疑时间在内心深处并不存在。现在，在罗利国际机场(Raleigh International Airport)，这个可恶的等式让惠勒产生了一种挥之不去的预感:时间不可能是现实的基本要素。正如爱因斯坦所说，这是一种顽固的错觉，是我们被困在一个只有内在的宇宙里的结果。

惠勒确信，存在之谜的核心线索，以及时间之谜的核心线索是量子测量。他发现量子理论的奇妙之处在于，当观察者进行测量时，他并没有测量世界上已经存在的东西。取而代之的是，他的测量不知何故使这件事得以存在——这是一个奇怪的事实，没有一个头脑正常的人会买它，除非它已经被称为“双缝”的融心实验一次又一次地证明了。这是惠勒无法摆脱的实验。

在实验中，单光子从一个有两个平行小缝的屏幕上的激光中射出，然后落在另一侧的照相底片上，在那里留下一个光点。每一个光子都有50/50的几率通过任一狭缝，所以在多次这样做之后，你会看到板上有两个大光点，一个显示穿过狭缝a的光子堆，另一个显示穿过狭缝B的光子堆。你不会看到。相反，您会看到一系列黑白条纹形成干涉图案。惠勒写道：“观看正在进行的实际实验可以生动地了解量子行为。”。“虽然它在概念上很简单，但它引人注目地揭示了量子理论令人费解的奇异性。”

尽管听起来不可能，但干涉模式只能意味着一件事：每个光子同时穿过两个狭缝。当光子朝向屏幕时，它被量子波函数描述。在屏幕上，波函数分裂成两个。同一光子的两个版本穿过每个狭缝，当它们出现在屏幕上时另一方面，它们的波函数重新组合，只是现在它们部分不同步。在波对齐的地方，光被放大，在板上产生明亮的条纹。在它们不同步的地方，光自身抵消，留下黑暗的条纹。

然而，当你试图捕捉通过缝隙的光子时，事情变得更加奇怪。在每个狭缝处放置一个探测器，然后一个光子接一个光子地再次进行实验。一点一点，一种模式开始出现。不是条纹。盘子上有两个大斑点，每个裂缝的对面各有一个。每个光子一次只走一条路径。好像它知道有人在监视它。

当然，光子什么都不知道。但是，通过选择要测量的系统属性，我们可以确定系统的状态。如果我们不询问光子走哪条路径，它会同时走这两条路径。我们的要求创造路径.

惠勒想知道，同样的想法是否可以扩大规模。我们是否可以询问存在的起源、大爆炸和138亿年的宇宙历史，是否可以创造宇宙？“量子原理是冰山一角，是世界的脐带，”惠勒在1974年6月27日的日记中写道。“过去、现在和未来比人们意识到的更紧密地联系在一起。”

在他的日记中，惠勒为“宇宙”画了一幅大写字母U的画一只巨大的眼睛停在左边的山峰上，凝视着字母的深渊，直到右边的顶端：时间的起源。当你跟随U从右到左的俯冲，时间向前移动，宇宙增长。恒星形成，然后死亡，将它们的碳灰喷向空无的空间。在天空的一个角落，一些碳落在一颗岩石行星上，融合成一些原始的黏液，生长，演化直到……一只眼睛！宇宙创造了一个观察者，现在，在量子测量的行动中，观察者回过头来，创造了宇宙。惠勒在图画下面潦草地写了一个标题：“宇宙是一个自激系统。”

惠勒知道，这幅画的问题在于它与我们对时间最基本的理解相冲突。电子在时间中来回穿梭是一回事，虫洞绕过时间之箭是另一回事。谈论创造和因果关系完全是另一回事。过去流向现在，然后现在转向过去原因过去？

“有无论付出什么代价，都要解决这些问题，”惠勒在他的日记中写道。“没有任何地方比这里更能让我努力履行我对活着的和死去的人类，对(他的妻子)珍妮特和我的孩子和孙辈的责任;对那个本来可以成为但却没有成为的孩子;给乔……”他把一份从日记里剪下来的报纸粘在里面这个每日电讯报. 标题是：“日子越来越短了。”

我1979岁的惠勒在马里兰大学做了一个讲座，他提出了一个大胆的新的思想实验，这个实验将成为他关于时间观念最具戏剧性的应用：延迟的选择。

惠勒已经意识到，将普通的双缝实验安排成这样一种方式是可能的，即观察者可以决定他是想看到条纹还是斑点，也就是说，他可以在光子已经通过屏幕后创造一点真实感。在最后一秒，他可以选择取下照相底片，露出两个小望远镜：一个指向左边的狭缝，另一个指向右边。望远镜可以分辨出光子穿过了哪个狭缝。但是，如果观察者将板留在原位，则会形成干涉图样。观察者的延迟选择决定光子是走一条路径还是两条路径之后它大概已经做了一件或另一件事。

对惠勒来说，这不仅仅是好奇。这是宇宙存在的一条线索。这是他让U形图发挥作用所需要的机制，是对时间规则的一种扭曲，可能会让诞生于138亿年前大爆炸中的宇宙得以创造马上. 通过我们.

惠勒说，要明白这一点，只需进行延迟选择实验并扩大规模。想象一下，光从十亿光年外的类星体向地球传播。一个巨大的星系位于类星体和地球之间，它的引力场像透镜一样改变了光的路径。光绕着银河系弯曲，以相同的概率绕过左侧或右侧，为了进行思维实验，每次到达地球的光只有一个光子。同样，我们面临着一个类似的选择：我们可以将照相底片置于光的到达点的中心，在那里干涉图案将逐渐显现，或者我们可以将望远镜指向银河系的左侧或右侧，以查看光的路径。我们的选择决定了光子生活在两个相互排斥的历史中的哪一个。我们决定它的路线（或多条路线）从开始到结束，尽管它已经开始了它的旅程十亿年前.

一位名叫卡罗尔·艾利(Carroll Alley)的物理学家全神贯注地聆听着。艾利在普林斯顿认识惠勒，他在那里师从物理学家罗伯特·亨利·迪克，迪克的研究小组提出了在月球上安装镜子的想法。

Dicke和他的团队对研究广义相对论感兴趣，他们通过观察月球和地球之间微妙的引力相互作用来研究广义相对论，这需要精确测量月球沿其轨道扫掠时到月球的距离。他们意识到，如果能在月球表面安装反射镜，就能将激光从反射镜上反射回来，并计算出光返回的时间。艾利成为美国宇航局项目的主要调查员，在月球上获得了三面镜子；第一个是尼尔·阿姆斯特朗在1969年建立的。

现在，当艾利听着惠勒的演讲时，他突然意识到，他也许可以用他曾经用于测量从月球反射的激光的相同技术，在实验室里实现惠勒的视力。从月球上的镜子反射回来的光信号非常微弱，因此艾利和他的团队开发了复杂的方法来测量单光子，这正是惠勒的延迟选择设置所需要的。

1984年，艾利和奥列格·雅库博维茨（Oleg Jakubowicz）以及威廉·威克斯（William Wickes）最终完成了这项实验，他们两人当时都是观众。它就像惠勒想象的那样起作用：在现在进行的测量可以创造过去。我们曾经知道的时间是不存在的；过去不会在未来之前不可磨灭。在历史上，惠勒发现了一种酿制罪恶感的方式，一种潜伏在散兵坑里的方式永远不会变成石头。

那年晚些时候，他写道：“为什么存在？为什么量子？死刑是提出这样一个问题的惩罚吗？”

尽管如此，惠勒还是未能获得一些基本的见解。他知道量子测量让现在的观测者创造了过去，宇宙通过自身的引导而提升自身。但是量子测量是如何做到的呢？如果时间不是一个原始的范畴，为什么它如此无情？惠勒的日记成了他们自己的明信片，一次又一次地写给自己。快点生存之谜在嘲弄他。“我不是‘我’，除非我继续敲打这个螺母，”他写道。“停下来，我就会变成一个干瘪的老头。继续说下去，我眼睛里就闪着光。”

1988年，惠勒的健康状况出现了动摇；两年前他已经接受了心脏手术。现在，他的医生给了他一个有效期。他们告诉他可以再活三到五年。在自己死亡的威胁下，惠勒变得沮丧起来，担心自己无法及时解开存在的奥秘，甚至无法为自己未能拯救兄弟的失败付出代价。他在自己的日记中写道，在“道歉”的标题下，“发展这些想法需要多年的努力。我76岁——没有。”

幸运的是，像他们之前的科学家一样，医生们对时间的本质认识完全错误。惠勒眼中的光芒继续闪耀，他不断地钻研量子力学的奥秘和奇怪的时间循环。1999年6月11日，他写道：“在量子耻辱的荣耀背后。”。“为什么感到羞耻？因为我们仍然不明白量子为什么会出现。量子是自我创造宇宙的信号？”那年晚些时候，他写道，“为什么会存在？量子为什么会出现？死刑是提出这样一个问题的惩罚吗？”

虽然惠勒的日记揭示了一个被驱使的男人在孤独的探索中，他的影响是广泛的。斯蒂芬·霍金（Stephen Hawking）和他的合作者、比利时库鲁汶大学理论物理研究所的托马斯·赫托格（Thomas Hertog）在其最后几年中开发了一种称为自上而下宇宙学的方法，这是惠勒延迟选择的直接后代。霍金和赫托格认为，正如来自遥远类星体的光子在无人注视的情况下同时走多条路径一样，宇宙也有多个历史。正如观测者可以通过测量来确定光子数十亿年前的历史一样，只有当观测者进行测量时，宇宙的历史才会成为现实。通过将量子力学定律应用于整个宇宙，霍金将惠勒当天在北卡罗莱纳机场点燃的火炬带回了北卡罗莱纳机场，并挑战了我们在这一过程中对时间的所有直觉。霍金写道，自上而下的方法“导致了对宇宙学和因果关系的一种完全不同的看法，”这正是惠勒在他自己创造的宇宙上吸引眼球时所追求的。

2003年，惠勒仍在追寻存在的意义。他在自己的日记中写道：“我无法如此合理地谈论‘为什么会存在’！”。“剩下的时间不多了！”

2008年4月13日，96岁的约翰·阿奇博尔德·惠勒（John Archibald Wheeler）在新泽西州海茨敦（Hightstown）最终输掉了与时间的赛跑。那顽固的幻想。

Amanda Gefter是一位物理学作家，也是一本闯入爱因斯坦的草坪：一个父亲，一个女儿，一无所有的意义，一切的开始. 她住在马萨诸塞州的剑桥。

这篇文章最初发表在2014年1月的《时代》杂志上。