2023高考作文：一场来自时间的奴役，一首悲壮的科学史诗

看到今年高考作文题目，就心痒痒地写了这篇文章。

我把这篇文章投稿首发在《现代物理知识杂志》公众号上，b站也转发一下。

全国甲卷作文题：

人们因技术发展得以更好地掌控时间，但也有人因此成了时间的仆人。这句话引发了你怎样的联想与思考？请写一篇文章。

心血来潮写个高考作文，也许不是很切题，希望试试把语文作文用物理的形式展开。灵感和部分素材来自物理学家惠勒的女儿怀念父亲的文章《在与时间的斗争中，他改变了物理学》。这篇作文完全可以看作该文章的一点点扩展、补充、注解，或将它通俗化，如果能激起大家一些小小的兴趣，去看看那篇优美、深刻又悲伤（也许不够严谨客观）的文章，也很好。

编辑：四毛

审校：花明

1944年夏天，意大利前线的作战间歇，一位名叫乔的美国年轻人正在给自己的哥哥写明信片。他知道，身为物理学家的哥哥此时正跟着自己的恩师玻尔，参与着一个叫做“曼哈顿计划“的项目，研究一种神秘且威力惊人的武器。一旦研究成功，有望立刻终结这场无休止的残暴战争。

“快点。”乔只写下了这两个字。

 “曼哈顿计划“的目的是研发原子弹，而且是铀弹和钚弹两条线同时进行。收到明信片的哥哥名叫惠勒，属于钚弹这条线，此时正在研究如何高效输送原材料钚。“再过一年吧，”他非常有信心，“我们有希望结束这场战争。“

彼时的时间、空间和手足之情，咔哒一声在宇宙中交汇。时间开始展露它狰狞的真容。

1934年约翰·惠勒在哥本哈根跟随玻尔从事博士后研究，

图片来源于网络

惠勒的推算非常准确，一年后的6月，物理学震惊了全世界。两颗原子弹在日本上空爆炸，两座城市瞬间倾覆。时间刚好，威力刚好，一切皆如惠勒所料。万般谋算只疏忽了一件事：弟弟乔刚刚在老家佛罗伦萨附近战死沙场，尸体正躺在掩体中。

得知消息后，惠勒这样问自己：“如果原子弹计划早一年开始，早一年结束，就能挽救1500万人的生命，我弟弟乔就是其中之一。”为什么事情偏偏要这样发生？时间这个神秘的维度，究竟有着怎样不可为人类所认识的含义？

从此，惠勒陷入对时间无休止的追寻。

在此之前，惠勒对时间充满愉悦的着迷。他曾经兴奋地给学生费曼打电话谈自己灵光一现的领悟：正电子只是一个在时间上逆行的电子。

让我们把惠勒的想法说得通俗点：假如在空间中心放一个电子，周围有一个带负电的粒子，当时间往前走，负电粒子会被排斥，远离电子。假如我们有一台摄像机，把整个过程录下来，再倒过来播放，就会看到负电粒子正在靠近中心，好像中心放着的其实是一个质量和其他性质都与电子相同，只有电荷相反的粒子，也就是正电子。

如果说当时的思考还有孩子气的快乐，那么此后对时间的追寻则总是带着悲伤的味道。

出身哥本哈根学派的惠勒不可自拔地一头扎进了爱因斯坦的广义相对论。大概是迷恋爱因斯坦-罗森桥在理论上可以时空旅行的能力，他给这条桥取名叫“虫洞”，虽然爱因斯坦本人认为它只是个“数学伎俩”。

他也对钱德拉塞卡和奥本海默等人提出的预言从反对到痴迷。那个预言称：一颗足够重量的死恒星将会坍缩，向中心堆积，空间会无尽地弯曲，物质将无穷密集，形成一个质量无穷大的黑点。在黑点附近，所有物质、粒子，甚至光这种电磁波都无法逃脱。

既然光都无法逃脱，惠勒给它取名为“黑洞”。他更感兴趣的显然是黑洞对时间的影响，他在自传中写道：“黑洞让我们知道，空间可以像纸一样被揉捏成一个无穷小的点，小到时间会像火焰一样被熄灭，而我们之前所以为的'神圣'不可变的物理法则也再不是那样了。”

接下来，惠勒试图修补广义相对论和量子力学之间的裂缝，作为哥本哈根学派坚定的成员，打算把物理学上两个无比重要、又对他本人意义非凡的理论统一起来。在他看来，裂缝的关键正是时间。

量子双缝实验进入他的视线。这个如今被网上称为“最恐怖实验”的过程其实很简单：高中物理课上都做过一个实验，在一个光源和接受屏之间放置一个挡板，挡板上有两条平行的狭缝，光透过狭缝，产生了明暗相间的干涉条纹。显然光是一种波，像水波一样叠加出了这种效果。

可是，如果从量子视角再做这个实验：当这个光源每次只释放一个光子，而且间隔很长，光子穿过狭缝到达屏上才释放下一个，又会发生什么？

按照常理推断，单个光子是粒子，它只会以50%的概率通过其中一个狭缝，那么每次屏上只会记录下一个亮点，随着光子的累积，最终会形成两块光斑。

实验家的结果令人吃惊：屏上依然会形成明暗相间的条纹。换句话说，单个光子也是波，也会发生干涉？和谁干涉呢？只能是和它自己。光子显然是在穿过狭缝时分了身，从两个狭缝穿过去了。

更诡异的来了。当实验家安装了探测器，想看看光子到底从哪条缝穿过时，光子又只从一个缝隙穿过，干涉条纹消失了，屏幕上留下两块光斑，呈现出了粒子性。

仿佛光子有了意识，要和人类捉迷藏。

光子当然没有意识。是我们是否对光子进行测量，决定了它到底要走一条路，还是两条路。惠勒觉得非常有趣，我们想去搞清楚原因的行为，反而影响了原因本身。那么，能不能把这个过程想得更细致些？

1979年，惠勒在马里兰大学做了一场演讲，提出了一个思想实验。他说，双缝实验中，在光子穿过狭缝后，假设我们的速度足够快，此时迅速在接受屏的左右各伸出一个小望远镜，去看光子到底怎么走。那么事情就诡异起来了：既然观测行为发生在光子穿过狭缝之后，那么光子此时已然通过了两个狭缝，接收屏上应该留下干涉条纹；可事实上我们的确做了观测行为，所以光子必然只能以50%的概率，只穿过其中一个狭缝，接收屏上事实上只会留下两块光斑。

也就是说，我们在事后决定观测的行为，影响了光子此前（穿过狭缝时）的行为，后果影响了前因，现在改变了过去。时间在这个思想实验里愈发挑战直觉和经验。

当然，伸出两个小望远镜的思想实验很难实现。惠勒在演讲中又同时给出了可以操作的改良版本，就是我们现在能够在各类科普中找到的半透镜和反射镜版本。设计更精妙一些，原理和上述一致，这里就不赘述了。

惠勒的野心并不止于此。他真正关心的，还是由漫长时间创造的这个宇宙，到底有没有可能由当下选择观测而影响它的创生过程。

惠勒的思想实验在后来的几十年里引起了许多讨论，也就是鼎鼎大名的延迟选择实验。因为和“薛定谔的猫”一样诡异违反常识，也有人称它“惠勒猫”。

五年后，延迟选择实验由当时在台下听演讲的几位实验学家成功实现，结果和预期的一模一样，惠勒猫走进了现实。

惠勒曾经在自己的日记中提出一个U形宇宙的想法。右端的起点代表时间的起源，左边的起点代表当下。按照延迟选择实验的思路，我们似乎可以通过在当下的量子观测，影响起源的整个过程。恒星诞生和死亡，行星的诞生和稳定，也许因为我们现在的选择，都和它原本应该的样子不同。

尽管如此，惠勒还是认为并没有洞察到问题的核心：量子观测到底如何做到呢？我们到底该如何改变过去呢？随着身体逐渐老迈，病痛逐渐增加，他越来越着急，也越来越沮丧。1999年，88岁的惠勒在日记中写道：存在何为？量子何来？死亡是对提出这种问题的惩罚吗？

四年后，他写道：剩下的时间不多了。

2008年，96岁的惠勒在这场对时间的追寻中，最终宣告落败。

让我们回到惠勒的老本行：哥本哈根诠释。用这个体系去解释延迟选择实验，时间在其中也许不太重要。光子并不是有时候选择当波，有时候选择当粒子，而是始终既是波又是粒子。光子始终以概率波的形式存在（波动性），当我们对它的位置进行测量时，它又只会在一个地点出现（粒子性），其概率波也由于测量这一行为发生了变化。

正如玻尔所说：“以人们寻常的眼光和传统的思维模式来询问一个光子或电子究竟是什么，这个问题的本身就是没有意义的。”

按照学术界普遍采用的解释，量子中的概率是惠勒提出的玄妙问题的答案，后置的结果并不影响前因。时间还是滴滴答答地冷酷前行，我们终究无法在宇宙此刻安装一只眼，改变洪荒的尽头。孔子还是要感叹逝者如斯夫。惠勒像个最卑微的仆人，耗尽全部心力，却始终没能掀开时间这位主人神秘的面纱，哪怕惊鸿一瞥。

这一整场追逐都像一首最悲壮的科学史诗。

可无论如何，这场追逐终究有宝贵的东西留下来了。在科学史的书写中，惠勒对现代物理教育的贡献不逊于科研成就。他先后指导过50多位博士生，启发了费曼、霍金、索恩，在美国宇宙和天体物理领域中，相当一部分开拓者和专家都是他的学生。

费曼提到过，他把惠勒的正电子是电子时间倒流的思想纳入了量子电动力学，这一理论最终使他获得了诺贝尔奖。“他听起来总是这么疯狂。但当我还是他的学生的时候，我发现，如果你接受了他的一个疯狂的想法，然后像剥洋葱一样一层一层的剥开这个想法，你会发现，这个想法的核心是一个不容置疑的真理。”

科学如长河奔流，永无断绝，不舍昼夜。也许有一天，我们终会发现到底如何解脱这场来自时间的奴役，站在时空的这一端回望这位老人，报之以微笑。

参考文献：

1. Gefter A. Haunted by His Brother, He Revolutionized Physics[J]. Nautilus, 2014, 9.

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.