本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽。
模擬顯示了史蒂芬·霍金的「無邊界」宇宙的概念。在這裡，宇宙沒有起點。多年來，我們在許多方面找到了自由。這一點在我們對地球的探索中表現得最為明顯。我們開始紮根，並努力尋找出路。我們最早的工程師建造了巨大的輪船來穿越海洋，使人們熟悉「天堂島的奇異果實」。無論是好是壞，我們都曾設法在最神秘的地方建造家園——在火山煙色濃鬱的山坡上，在結霜的山區之外，那裡只有最厚的毛皮和鞋底才能禦寒。這種探索一直持續到未來，人們越來越希望有一天我們甚至會從地球上分離出來，繼續盤繞在宇宙的花園裡。
然而，儘管我們為自己創造了這麼多自由，我們仍然被一件事束縛著：
時間
我們可能會造訪新的行星，或沐浴在另一顆恆星的光芒下，隨著技術的進步，我們會活得更久，交流也更順暢。但我們對時間的感知仍是不可避免的：不管我們願不願意，時間總是一刻接一刻地流逝。一個人生命中的很多悲劇，如果不是全部，都是因為我們無法讓時光倒流。我們可能會抓住記憶，但它們永遠不會成為現實後，他們的時光就這樣過去了。
然而，在我們尋找統一的物理理論時，我們遇到了這樣的想法，即有可能回到過去，或者存在於所謂的超時制之外，或者如果我們看一下，可能根本不存在時間。
這張計算機圖形展示了我們如何想像一個四維超立方體。Jason Hise拍攝。回到我們宇宙的歷史試圖調和物理學兩大支柱——量子力學和廣義相對論——的流行理論提出了多維度的概念。例如，m理論認為，與我們所習慣的日常生活中的四個維度相比，可能有六個以上的維度。我們目前被認為是存在於四個維度：一個三維空間和一個時間。在大多數對弦理論的額外維度的解釋中，它們都被認為是空間領域，它們以正方形可能的方式進化，首先從一維的點到二維的平面圖形，再到三維的立方體，等等。當我們添加另一個空間維度時，我們甚至可以考慮超立方體的想法。
但是這些額外的維度也可能是時間的，而不僅僅是空間的。
如果我們把時間的奇異維度想像成一條沿一個方向向外延伸的線，加上第二個維度就會把這條線變成一個平面。在這個層面內，你將有可能回到你最初的起點，鼓勵你在這個超時間的新領域中進行時間旅行。現在我們很清楚為什麼大多數科學家會避免額外的時間維度：
它們會產生統一性和因果關係方面的問題，從而對時間旅行的悖論和我們自己對時間如何流動的心理體驗產生疑問。
在一個時間維度我們經歷的時間可能過得很快，而另一個維度的時間可能慢慢的流逝。當時間旅行允許我們在過去做出與我們已經經歷過的未來不一致的選擇時，矛盾就出現了。
第二個時間維度也有助於解釋軸子的缺失——在我們的粒子物理標準模型中，軸子是用來幫助解決強CP問題的粒子。就像中微子一樣，這些粒子非常輕，很難被探測到。它們的不確定性使它們成為暗物質的可能組成部分。隨著時間維度的增加，CP問題可以在不需要軸突的情況下得到解決。上面顯示了暗物質的不同分布，導致了不同的星系形成。儘管存在這些複雜性，在20世紀90年代研究m理論的理論物理學家注意到，當一個額外的空間維度和一個額外的時間維度被納入數學時，它再現了對我們的世界及其基本粒子和力的精確數學描述。更進一步，將這些維度加入m理論，我們將得到一個總共有13個維度的空間——11個空間維度和2個時間維度。如果這種方法有助於建立對m理論更完整地理解，這意味著第二個時間維度可能是統一廣義相對論和量子力學的關鍵。
所以，在這個雙重的世界裡，我們有可能穿越時間的洪流，回到一個更早的時間點，去遇見年輕時的自己，從而避免很多作為人類所帶來的悲劇。這是一種新的自由形式。如果一個人不能在時間內移動，而是完全存在於時間之外呢？就像在花園裡看到每一刻的種子和成長。一種每一刻時間都被凍結的人工製品。瞬間就像電影幀，聚集在一起形成整個捲軸。這是超時空的三維圖形。沒有事件實際發生，也沒有任何東西實際移動，只是我們的知覺使它看起來是那樣的。
所有的時刻——過去、現在和未來——都以三維的形式存在。很難找到一個準確的時刻，因為所有的時間都擺在我們面前，就像一幅風景，我們必須找到一片草地或一片雪花。1983年提出了一項明智而有爭議的新建議。不是為了時間的前進和後退，不是為了給它增加維度，不是為了存在於它之外。如果我們回溯到足夠遠的時候，時間根本就不存在。
這個建議來自史蒂芬·霍金和他的同事，物理學哈特爾。這個「無邊界」的場景試圖回答所有科學中最引人注目的問題之一。一開始發生了什麼？不是大爆炸爆炸的那一刻，而是在那之前的那一刻。如果我們試著回到過去，時間會變成完全不同的東西。它變成了空間的另一個維度，所以在宇宙的開始有四個空間維度，沒有時間。這個想法就像生命本身的想法：沒有生命，然後它通過某種我們仍然不完全理解的過程來到了這裡。時間和我們對它的感知似乎是向前流動的，因為世界熵的增加(一種無序的度量)，但在宇宙的開始，一切都濃縮得如此之小，相關性如此不可靠，以至於時間停止了存在。只有空間。
也就是說，在向整個宇宙一樣壯觀的事物的邊界，是沒有邊界的。沒有真正的開始。
宇宙從一個零尺寸的平滑曲線開始。沒有邊緣，就像世界上沒有起點和終點的地球儀一樣。宇宙的這種形狀來自於一個波函數(一個概率量子描述)，它考慮了許多不同的歷史。實時間變成了虛時間，讓位於一個彎曲的四維空間。
起初，無邊界的提議被認為無法描述我們的世界。它將導致一個巨大的宇宙，只有短期的膨脹。但是科學家們已經找到了將膨脹理論和無邊界理論結合起來的方法，他們補充說，我們是宇宙的一部分，因此產生了新的宇宙，它們很大，即使不是永恆的膨脹階段，也會持續很長時間。這就給了我們巨大的、狂暴的、不斷增長的宇宙寬度，就像我們今天所經歷的一樣。在上面的暴漲模型中，宇宙是從最初的奇點演化而來的。這個想法至今仍有爭議，很難想像。有許多科學家反對沒有邊界的想法，他們指出，在精確的數學技術細節下，這是模糊和不可能的。哈特爾理論也需要虛數，儘管這種數值在量子力學中隨處可見，在海森堡關係方程和薛丁格方程中也能找到。
於是時間向前猛衝；在個人層面上，這可能是幫助我們忘記過去的一種方式。在時間的海洋裡淹死的可怕的時刻和淹死的美麗的時刻一樣多。在宇宙中，它引導著星系前進，進入一個沒有生命的時代，在那裡，有一天將沒有恆星，沒有行星，沒有我們。我們與熵的滴答聲是分不開的。也許隨著時間的推移，這是一個我們必須接受的未來。