在哥哥的困扰下，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)住在华盛顿州汉福德。当他收到弟弟乔(Joe)寄来的明信片时，他正在研究向洛斯阿拉莫斯输送钚的核反应堆。那是1944年的夏末。乔在第二次世界大战的意大利前线作战。他很清楚他哥哥在做什么。他知道五年前,惠勒坐在了丹麦科学家尼尔斯·波尔和核裂变的物理学,显示不稳定同位素的元素(如铀或钚soon-to-be-discovered,中子的轰击下,分缝,释放出难以想象的商店的原子能。足以夷平一座城市。足以结束一场战争

在明信片到达之后，惠勒尽快工作，曼哈顿项目在以下夏天完成了原子弹的建设。在新墨西哥州的jornada del Muerto沙漠中，物理学家在人类历史上引爆了第一个核爆炸，将1000英尺的沙漠沙子转向玻璃。项目董事J. Robert Oppenheimer观看了10英里远的大地营地的安全和默默地引用了印度教圣经Bhagavad Gita.“现在我成了死神，世界的毁灭者。”在汉福德，惠勒有不同的想法:我希望我不会太迟。他不知道，在佛罗伦萨附近的山坡上，乔躺在一个散兵坑里，已经死了。

当惠勒得知这个消息时，他悲痛欲绝。他指责自己。他在回忆录中写道:“一个人不可避免地会得出这样的结论:如果原子弹计划提前一年启动，提前一年结束，就会挽救1500万人的生命，我弟弟乔就是其中之一。”“如果我尝试过，我可能——可能——已经影响了决策者。”

时间。作为一名物理学家，惠勒一直对解开这个神秘维度的本质充满好奇。但在乔死后，这是私人恩怨。

惠勒将在余生中度过努力的时间。他的期刊，他总是被携手（在费城美国哲学社会图书馆的档案中陷入困境），揭示了一个令人惊叹的思想家的令人惊叹的肖像，永远意识到他的迫在眉睫的死亡率，陷入了一个争夺时间来回答问题而不是一个问题，但这问:“存在是怎么来的?”

惠勒写道:“在所有对存在进行透彻描述的障碍中，没有什么比‘时间’更令人沮丧了。”“解释?不解释存在就不行。解释存在吗?除非解释时间。”

随着时间的流逝，惠勒的时间日记越来越频繁和紧迫，字里行间也越来越不稳定。在其中一篇文章中，他引用了丹麦科学家兼诗人Piet Hein的话:

“我倒想知道
这整个展览
都是关于
之前。”

在他的窗帘下来之前，Wheeler比他面前的任何思想家更加根本地改变了对时间的理解，或者因为哥哥记忆的变化而变化，令人遗憾的革命。

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，乔躺在一个散兵坑里，已经死了。

一世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。

但在爱因斯坦发现之后的几年里，量子力学的制定LED物理学家对时间的相反结论。量子系统由称为波形发生器的数学波来描述，其在测量时编码用于在任何给定状态下在任何给定状态下找到系统的概率。但是波飞行物不是静态的。它改变。它发展在时间．换句话说，时间是在量子系统之外定义的，它是一个外部时钟，一秒一秒地滴答走着，这与爱因斯坦的理论完全相悖。

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，惠勒在普林斯顿大学的一个晚上，第一次隐约地意识到那个时代并不像看上去那样美好。他想的是正电子。正电子是电子的反粒子:相同的质量，相同的自旋，相反的电荷。但为什么要存在这样的另一个自我呢?当这个想法产生时，惠勒打电话给他的学生理查德·费曼，宣布:“它们都是同一种粒子!”

惠勒说，想象一下整个宇宙中只有一个电子，它在空间和时间中蜿蜒前行，追踪的路径如此错综复杂，以至于这个单一粒子看起来就像无数粒子，包括正电子。惠勒说，正电子就是一个在时间上逆向运动的电子。(性情温和的费曼在1965年诺贝尔物理学奖(Nobel Prize in Physics)的获奖感言中说，这个想法是从惠勒那里偷来的。)

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·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。

随着他在洛斯阿拉莫斯的工作完成，惠勒“爱上了广义相对论和万有引力”。回到普林斯顿，就在爱因斯坦家的那条街上，他站在一块黑板前，开了这门学科的第一门课。广义相对论描述了质量如何将时空扭曲成奇怪的几何形状，我们称之为引力。惠勒想知道这些几何图形能有多奇怪。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，连接了时空中遥远的点，通过进入一端，从另一端出来，人可以比光或时间倒退得更快。喜欢语言的惠勒知道，人们可以通过给晦涩难懂的数学公式起名字来赋予它们生命;1957年，他给这种扭曲的现实取了个名字:虫洞。

当他进一步穿越时空时，他发现了另一个引力异常，在这个地方，质量是如此密集，以至于引力变得无限强大，时空被无限地撕裂。他也给它起了个名字:黑洞。在这个地方，“时间”失去了所有的意义，仿佛它根本就不存在。“每个黑洞都带来了时间的终结，”惠勒写道。

随着他通过Spacetime进一步推动的，惠勒遇到了另一个引力异常。他也给它起了个名字:黑洞。

一世

20世纪60年代，当越南战争撕裂了美国文化的结构时，惠勒努力修补物理学中广义相对论和量子力学之间的裂痕——这个裂痕被称为时间。1965年的一天，惠勒在北卡罗来纳州转机时，让他的同事布莱斯·德威特(Bryce DeWitt)在机场陪他几个小时。在终端机，惠勒和德威特写下了一个波函数方程，惠勒称之为Einstein-Schrödinger方程，其他人后来称之为惠勒-德威特方程。(德威特最终称之为“那个该死的等式”。)

惠勒和德威特的波函数描述的是整个宇宙，而不是描述实验室中运动的粒子系统。唯一的问题是把时钟放在哪里。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精华，但它也描述了一个无法进化的宇宙——一个冻结的宇宙，停留在一个单一的、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，解开存在之谜的核心线索是量子测量。他发现量子理论的深奥之处就在于当观察者进行测量时，他所测量的并不是世界上已经存在的东西。然而，他的测量结果却以某种方式证明了这一点——这是一个奇怪的事实，没有一个头脑正常的人会相信它，除非它已经被一个被称为双缝的熔化大脑的实验一次又一次地证明了。这是惠勒无法摆脱的一个实验。

在这个实验中，单个光子从一个有两条平行狭缝的屏幕上发射出来，然后落在另一边的感光板上，在那里留下一个光点。每个光子有50/50的机会通过狭缝,所以许多轮这后,你会看到两个大的光在盘子里,一堆的光子通过狭缝,另一个显示桩,通过狭缝你不要。相反，你看到的是一系列的黑白条纹——一种干涉图案。“观察这个正在进行的实际实验，让量子行为变得生动起来，”惠勒写道。“虽然在概念上很简单，但它惊人地揭示了量子理论令人费解的奇怪之处。”

虽然听起来很不可能，但干涉图样只能说明一件事:每个光子同时通过了两个狭缝。当光子朝向屏幕时，它被描述为一个量子波函数。在屏幕上，波函数一分为二。同一光子的两个版本穿过每个狭缝，当它们从另一边出现时，它们的波函数重新组合——只是现在它们部分地不相。光波排列的地方，光线被放大，在底片上产生明亮的条纹。当它们不同步时，光就会自我抵消，留下黑暗的条纹。

然而，当你试图捕捉穿过缝隙的光子时，事情就变得更奇怪了。在每个狭缝处放置一个探测器，一个光子接着一个光子地进行实验。一个点一个点，一种模式开始出现。不是条纹。盘子上有两个大斑点，每条缝的对面有一个。每个光子一次只能走一条路。就好像它知道自己在被监视一样。

当然，光子什么都不知道。但是通过选择测量系统的哪个特性，我们决定了系统的状态。如果我们不问光子走哪条路，它会两条都走。我们的要求创建的路径．

惠勒想知道，可以缩放同样的想法。我们可以询问存在的起源，关于大爆炸和138亿年的宇宙历史，可能创建宇宙吗?“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。”

在他的杂志中，Wheeler吸引了一个“宇宙”的首都-U的照片，巨型眼睛栖息在左峰顶上，盯着那个信的深渊到右侧的尖端：时间的起源。当你跟随你的猛扑到左边，前进时间和宇宙增长。星星形式，然后死，将碳灰色喷出到空间的空虚中。在天空的一角，一些碳在岩石行星上的土地，合并到一些原始的粘性，生长，进化到......一只眼睛！宇宙已经创建了一个观察者，现在在量子测量的行为中，观察者回顾并创造了宇宙。Wheeler潦草地涂上了绘图下的标题：“宇宙作为一个自我激励的系统。”

惠勒知道图片的问题是，它与我们对时间最基本的理解相冲突。电子是电子向后拉动时间的一件事，或者对于裙子到裙子的箭头。它完全是为了谈论创造和因果关系。过去流到现在，然后现在转身原因过去吗?

“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每日电讯报．标题是:“白天越来越短。”

一世1979年，惠勒在马里兰大学做了一次演讲，他在演讲中提出了一个大胆的新思想实验，这个实验将成为他关于时间的思想最引人注目的应用:延迟选择。

惠勒已经意识到，有可能在常规的双缝实验中安排这样一种方式，即观察者可以决定他是想要看到条纹还是斑点——也就是说，他可以在光子已经穿过屏幕之后创造一点现实。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。望远镜能分辨出光子穿过了哪个狭缝。但是如果观察者离开了板的位置，干涉图案就形成了。观察者的延迟选择决定了光子是走一条路还是两条路后它大概已经做到了其中的一个。

对惠勒来说，这不仅仅是好奇。这是宇宙存在的一条线索。这是他绘制u型图所需要的一种机制，一种时间规则的弯曲，可能会让138亿年前在大爆炸中诞生的宇宙得以创造马上．通过我们．

惠勒说，要明白这一点，只需将延迟选择实验扩大规模。想象光从十亿光年外的类星体飞向地球。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。光在星系周围弯曲，以相同的概率向左或向右偏转，为了思想实验，每次到达地球的光子只有一个。我们又一次面临着类似的选择:我们可以把感光板放在光到达点的中央，在那里会逐渐出现干涉图样，或者我们可以把望远镜对准星系的左边或右边，看看光走了哪条路。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。我们现在就决定它的路线(或路线)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。

迪克和他的团队对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很感兴趣，这需要非常精确地测量月球沿着轨道扫过时到月球的距离。他们意识到，如果能在月球表面放置镜子，就能反射激光，并计算光线返回月球所需的时间。艾利成了NASA项目的首席调查员，并在月球上安装了三面镜子;第一个是1969年尼尔·阿姆斯特朗写下的。

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，艾利和那天也在场的奥列格·札库伯维茨(Oleg Jakubowicz)和威廉·威克斯(William Wickes)一起，终于让实验开始了。正如惠勒所设想的那样:现在的测量可以创造过去。我们曾经知道的时间并不存在;过去不会在未来面前不可磨灭。惠勒发现，历史——酝酿罪恶的历史，潜伏在散兵坑里的历史——从来都不是一成不变的。

那年晚些时候，他写道:“存在是怎么来的?量子是怎么来的?提出这样的问题要判死刑吗?”

尽管如此，惠勒还是没有领悟到一些根本的道理。他知道量子测量可以让现在的观察者创造过去，宇宙凭借自己的力量提升自己的存在。但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，一遍又一遍地写给自己。赶快。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，惠勒的健康状况摇摆不定;他两年前已经做了心脏手术。他的医生给了他一个截止日期。他们告诉他，他还可以再活三到五年。在自己死亡的威胁下，惠勒越来越沮丧，他担心自己不能及时解开存在的秘密，以弥补他看到的自己未能拯救弟弟的后果。在“道歉”的标题下，他在日记中写道，“发展这些想法需要多年的工作。”我- 76没有他们。”

幸运的是，就像他们之前的科学家一样，医生们对时间的本质都错了。惠勒眼睛里的光芒继续闪烁，他继续钻研量子力学的奥秘和奇怪的时间循环。他在1999年6月11日写道:“在量子耻辱的荣耀背后。”“为什么惭愧?因为我们还不明白量子是怎么来的。量子作为自我创造宇宙的信号?”那年晚些时候，他写道:“存在是怎么来的?量子是怎么来的?提出这样的问题要处以死刑吗——”

虽然惠勒的日记揭示了一个孤军作战的人，但他的影响是广泛的。近年来，斯蒂芬·霍金和他的合作者、比利时鲁汶大学理论物理研究所的托马斯·赫托格一直在研究一种被称为“自上而下的宇宙学”的方法，这是惠勒的“延迟选择”的直接后裔。霍金和赫托格认为，就像来自遥远类星体的光子在无人观察时，会同时走多条路径一样，宇宙也有多重历史。正如观察者可以通过测量来确定光子的历史可以追溯到数十亿年前一样，只有当观察者进行测量时，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，霍金带着惠勒那天在北卡罗来纳机场点燃的火炬，挑战了我们对这个过程中时间的所有直觉。霍金写道，自上而下的方法“导致了一种完全不同的宇宙学观点，以及因果关系”。这正是惠勒想要表达的，当他把眼睛画在自己创造的宇宙上时。

2003年，惠勒还在追寻存在的意义。“据我所能想象，我无法合理地说出‘存在是怎么来的’!”他在日记中写道。“剩下的时间不多了!”

2008年4月13日，在新泽西州海茨敦，96岁的约翰·阿奇博尔德·惠勒终于在与时间的赛跑中输了。那顽固而持久的幻觉。

阿曼达·的书擅自闯入爱因斯坦的草坪一本关于物理学、她父亲、宇宙、约翰·惠勒、虚无和一切的回忆录，本月由班塔姆出版。