摘要：在20世纪60年代，当时物理学领域的顶尖人才正在研究一些爱因斯坦不喜欢的东西。爱因斯坦最伟大的遗产是广义相对论理论，这是一组由十个方程组成的公式，告诉我们物质、能量、空间和时间之间的确切关系。
在20世纪60年代，当时物理学领域的顶尖人才正在研究一些爱因斯坦不喜欢的东西。爱因斯坦最伟大的遗产是广义相对论理论，这是一组由十个方程组成的公式，告诉我们物质、能量、空间和时间之间的确切关系。
该理论的一个关键部分是，时间就像其他维度一样，实际上只是我们在四维宇宙中强加的网格线。然而，几乎从一开始就很清楚，时间并不像空间，在物理学中时间一直被区别对待。特别是在量子力学中，位置和时间被非常不同地对待，很难将它们视为相似的东西。
这个研究小组探索如何将广义相对论转变为一种更接近经典力学的理论。在广义相对论中，空间和时间是紧密结合在一起的，但他们希望找到一种方法，将空间和时间分开，从而能够描述空间随着时间的推移而演化。他们把这种理论称为“几何动力学”，即描述空间如何在时间中变化的动力学理论。
这一计划的成果之一是用一种很少使用的经典力学方法来描述广义相对论。
通过这种方法，他们创造了一个方程，尽管在1969年被证明与广义相对论等价，但却是无时间性的。它根本没有描述空间在时间中演化的过程。它描述的是独立于时间的演化，即无需时间的变化。
要理解他们所做的事情，我们需要回到过去。
在17世纪和18世纪，关于光的本质曾展开激烈的争论。光是由粒子构成的，还是纯粹是一种波？
我们知道，到20世纪，得益于量子力学，答案是它既是粒子又是波。但要得到这一结论，首先需要一种不同形式的经典力学。
在1680年，荷兰博学家克里斯蒂安·惠更斯发现了光线与其波前（Wavefront）之间的密切关系。当光的波长非常小的时候，光线的传播路径和波前的传播前沿在物理上是等价的。
波前是指波在某一特定时刻传播到的所有点组成的等相位面。换句话说，波前是波动在空间中传播的前沿，所有位于波前上的点都处于相同的相位，即这些点的波动状态相同。
如果你想象一个点波源（例如一个小石子掉入水中产生的波纹），波前就是由该波源发出的波在空间中传播时形成的同心圆。每一个圆代表波在某一瞬间到达的所有点，波前就是这些点的集合。
在三维空间中，对于点波源，波前通常是球形的，这意味着波在各个方向上以相同的速度传播，形成一个球形的表面。
对于平面波（例如来自于无限远的平行光），波前是平面，代表波动在某一时刻传播到的所有点组成的平面。
在光束穿越空旷空间的情况下，光线从其源头沿直线传播，而波前则是一个不断扩展的球体。这是一个显而易见的例子，但即使在不明显的情况下，比如光源是一个不规则的线或面，光线穿过像水和空气这样不规则的介质，原理依然适用。波前和光线是观察光的等效方式，也是从水到火箭等一切力学的等效方式。
虽然到16世纪末牛顿已经提出了他的运动定律，但又过了一百年，拉格朗日才将其转化为一种适用于所有物质的通用运动理论。这一通用理论基于最小作用量原理。在刚体如球和火箭的情况下，作用量只是动能减去势能。在光学的情况下，它是穿越的时间。在每种情况下，作用量都是最小的。
这种方法（最小作用量原理）被证明与能量守恒等效，能量守恒提供了被称为哈密顿方程的运动方程。
对于球和火箭，能量是动能加上势能，并且保持恒定。对于光学，它与斯涅尔定律（Snell's Law）有关，斯涅尔定律描述了光在两种介质交界面上发生折射时的关系，特别是光线在穿过两种不同介质时，其传播方向的改变情况。斯涅尔定律的数学表达式为：
这两种方法（最小作用量原理和哈密顿方程）也等效于第三种方法：波前方法，也称为哈密顿-雅可比方程。
该方法将作用量与能量联系起来，以便你可以计算从自由粒子到光再到场的任何事物的波前。自由粒子沿直线传播，但也有一个球形波前。
当然，如果只有一个粒子，你很难想象它如何形成一个球形波前，但每个粒子都有一个初始动量，决定了它前进的方向。波前涵盖了所有初始动量。然后，你需要通过最终条件来确定粒子的位置，以知道它最终会在哪里结束。
基于这种力学的表述，20世纪20年代的物理学家提出了量子力学的波动描述。虽然经典粒子有确定的初始动量和最终位置，但量子粒子只有在被测量时才具备这两者。在此之前，它是整个波前。为了描述这一点，我们有了从哈密顿-雅可比方程发展而来的薛定谔方程。
在广义相对论的情况下，20世纪60年代的研究人员为几何动力学发展了三种经典力学方程。虽然最小作用量原理是由爱因斯坦和希尔伯特为该理论的4D版本发展出来的，但对于3D空间随时间演化，还需要另一个最小作用量原理。这导致了能量守恒或哈密顿方程，首先由保罗·狄拉克提出，然后是更受欢迎的ADM形式。最终，哈密顿-雅可比-爱因斯坦（HJE）方程在1962年被写下来。
在最小作用量和哈密顿版本中，时间作为一个显式参数出现。你需要选择如何测量时间。然而，在波前版本中，则不需要做出这样的选择。
波前方法更关注的是波前如何随着空间几何的变化而变化。换句话说，空间曲率的微小变化会如何影响波前的形状？
从这个意义上说，波前方法不是通过时间或位置坐标参数化的，而是通过几何本身的无限维量，即空间中所有点的总集合，而不仅仅是一个点。
但是波前是在什么中传播的？它不能是在空间中，因为我们讨论的是空间的波前，而不是空间中的波前。
与粒子不同，粒子的波前在空间中扩展并在时间中传播，而爱因斯坦的理论的波前则是在一个无限维的超空间中扩展，在那里每个点定义了一个空间几何。穿越超空间的单个光线或路径不是通过它们随时间的变化定义的，而是通过一个无限维的参数来定义的。这个参数有助于定义在同一轨迹上两个几何结构“接近”的意义，就像时间有助于定义两个位置在粒子轨迹上彼此接近的意义一样。但这是有些人为的，它不对应于任何实际存在的东西。
当然，有一种方法可以回到普通的爱因斯坦方程，但值得思考的是，通过研究HJE方程，我们是否可以学会无时间地思考？
从某种意义上说，通过学习空间、物质和时间的语言，我们能否领悟到时间本身并不是我们所体验的线性进程，而是一个人为的参数？
如果我们可以想象宇宙，不是作为某种在时间中线性演化的东西，而是作为在无限维超空间中传播的波前，那么时间就不如差异的概念那么有意义。当空间几何变化时，它从超空间的一个点移动到一个相邻的点。
空间几何从一个无限维波前传播到下一个的方式来自HJE方程。然而，这种传播本身并不需要与时间或任何参数相结合。
如果我们将这个想法带入量子领域，会得到一个叫做惠勒-德威特方程的东西，它将这一切概括了。惠勒-德威特方程与HJE一样是无时间的，但与薛定谔方程不同。它不是一个完整的量子引力理论，它缺乏完备性，但它确实告诉我们量子引力应该是什么样的。
这被认为是物理学中的一个问题，因为我们无法在量子引力中解释时间。但或许问题在于时间并不是我们所想象的那样。
在库尔特·冯内古特的经典小说《第五号屠宰场》中，主人公比利·皮尔格林“脱离”了时间。《降临》这部基于伟大作家特德·姜的短篇小说改编的电影，显然也借鉴了这部小说的很多元素。比利发现他以乱序体验自己的一生，而且更重要的是，他无法对发生的事情产生任何影响。他的一生是固定的，他的未来是注定的。
然而，惠勒-德威特方程及其经典近似的HJE方程告诉我们，这并不是真的。我们的旅程终点在被观察或测量之前并未固定。相反，我们的生命是扩展到所有可能性空间的波前。如果我们能够预见未来，那么它就会变得固定，但只要我们不知道将要发生什么，未来可能是未确定的。
此外，时间本身是不可观测的。我们能观察到的只是变化。未来和过去的区别仅在于宇宙在它们之间的状态不同。
我们无法在惠勒-德威特方程中观察到时间的原因是，在广义相对论中，时间对于所有观察者来说都不是固定的。因此，那些在超空间中沿不同路径行进的人，甚至在同一路径上的人，可能会有完全不同的时间体验。类似地，在量子力学中，粒子轨迹的概念不再有意义，因为它已经在空间中扩散。同样，在量子引力中，时间的概念也不再有意义，因为它已经扩散开来。
从量子的角度来看，你对时间的体验是一种由超空间中波的相长干涉所创造的错觉。相长干涉的例子是，当两个光源相互作用并产生更强的光束时，由于光是由波组成的，这种相互作用会产生交替的亮条和暗条。亮条是相长干涉，暗条是相消干涉。
超空间几何的情况也是如此。随着几何波的相互作用，它们可以是相长的或相消的。只有相长的那些才会贡献于我们称之为时空的经典历史。在惠勒-德威特方程中，哪些几何结构会相长干涉是未确定的。
因此，我们不能像比利·皮尔格林那样脱离时间，因为未来并非固定。时间本身并非固定。说在未来某个时刻t，X会发生，其实是一种手法。我们是在将未来看作已经成为过去。
如果我们在谈论行星的轨道，我们的预测可能相当可靠，因为这种情况发生的概率很高，但对于我们在地球上混乱的生活，这样的预测就不那么可靠了。
要真正脱离时间，我们必须在量子层面上感知时间，将其视为扩展到可能性空间中的波，每个波都有发生的概率。这些时钟指针的位置是一个扩散的概率场，就像电子在原子周围的位置一样。
我们的过去并不决定我们的未来。
我们将会到达的是波前上的某个位置，而不是某个时间点，而是现实的某种配置。
这就是为什么多重宇宙解释如此重要，即使那不是现实中发生的情况。我们面前有许多潜在的时间线在延伸。无论它们是否都会发生，或者只有一条发生，从我们当前的时间状态来看，它们都是同样真实的。
一个很好的例子是我最喜欢的电影之一《无姓之人》，由贾瑞德·莱托主演。在这部电影中，主角脱离了时间，但与冯内古特的小说不同的是，我们很快发现他在经历多个互不相容的时间线。
同样地，你和我，要想脱离时间，就必须以这种方式感知未来。虽然我们对未来的控制可能没有我们希望的那么多，事实上，随机性起到了更大的作用，然而，我们的未来至少部分是由我们的选择决定的。脱离时间就是要感知所有那些可能的未来，这些未来不仅源于我们的选择，也源于未预料到的事件。
这表明未来可能比我们想象的更加狂野和不可预测。但要感知未来，我们必须扩展我们的想象力。如果我们只期望平凡的事情发生，或者让自己陷入绝望，认为什么都不会改变，那错不在我们的生活，而在我们的想象力。我们的想象力是感知未来的肌肉，就像任何肌肉一样，我们必须锻炼它们，去想象无限的可能性，不论它们是否会实现。
来源：小尹说科学