时间的本质:创立170余年.融汇近200位科学大师思想的学美国人中文版主题策划

“逝者如斯夫，不舍昼夜”，虽然时间看不见摸不着，但我们依然真切地感受到时间的流逝。从每天的日出日落，到我们的不断成长，到恒星乃至宇宙的演化，我们的生命和这个世界的每一个角落都留下了时间的痕迹。人生不过数十载，相比亘古的地球或宇宙来说不过是弹指一挥间。在忙碌的生活中，我们很少去思考时间的存在及其本质。时间如空气如阳光一般自然，若要深究起来，什么是时间？或许每个人都会从不同的视角来思考这个问题。人们会问，时间是永恒的吗？时间是线性的还是循环的？时间旅行是真的吗？存在不同时间线的另一个世界吗？在本书中，众多杰出的科学家和学者探讨了他们在各自领域的研究，对时间的本质、时间与宇宙、时间与人等话题进行了多角度深层次的阐述。相信看完这本书以后你能够体会到一个全新的时间概念。

时间是什么？这个简单的问题现在被更多地提起。现代科学对时间的研究却让人们对“时间是什么”这个问题无比沮丧。如果我们想更准确地了解时间方面的知识，难以捉摸的“现在”在这一瞬间就会分解为散落的一群纳秒。那么，时间到底是什么？它是幻觉吗？是离散的吗？有开端吗？诞生在哪里？有结束吗？结束在何处？时间怎么量度？我们能回到过去吗？时间可以静止吗？打开本书，跟我们一起探索这些问题的答案。

环球科学杂志社，《环球科学》杂志是《科学美国人》中文版，主要报道生物、物理、天文、医学、地理、环境、能源等所有科学领域的新知识、新进展和新动向。《科学美国人》创刊于1845年，全球有很多有名科学家、科技企业家、科技政策制定者曾为《科学美国人》撰稿，包括爱因斯坦、玻尔、沃森等近200位诺奖得主，以及微软创始人比尔？盖茨、前美国副总统阿尔？戈尔、前美国教育部部长阿恩？邓肯等知名人士，并且在全球有着广泛的读者群。是全球很好科学家向公众传播理念和成果的平台。

前言第一章 时间简史第二章 时间是什么 时间是幻觉？时间从未流动时空是离散的？时间冻结难题 ：物理学的漏洞？时间为何一去不返绝对位置不存在？第三章 时间与宇宙 时间有没有开端？时间会终结吗？时间箭头的宇宙起源时空诞生于四维黑洞？变化的宇宙常数第四章 时间与人 双生子佯谬人体里的三个时钟每个器官里都有生物钟给记忆打上时间标签不同的文化，不同的时间第五章 丈量时间钟表编年史终极时钟用光尺丈量时间检验时间的相对论效应时间的量度：从瞬间到永恒第六章 时间旅行相对论允许回到过去制造时间机器时间旅行的量子之门加来道雄：时间旅行可以实现静止的时间

    200多年前本杰明。富兰克林提出了有名的格言――“时间就是金钱”。在新千年以及它之前的十年里，这句话已经展现了它的真正含义。时间对21世纪的意义，就像化石燃料和贵金属对之前时代的意义一样。在现代社会，时间已经成为一种至关重要的原材料，每分每秒都刺激着经济的快速增长。
     一位英国经济学教授甚至设计了数学公式来印证富兰克林的名言，以顺应新千年的时代精神。根据兰卡斯特大学管理学院伊恩？沃克（Ian Walker）推算的法则，刷牙所用的三分钟相当于49美分，这是平均每名英国人工作三分钟所得的薪酬（扣除税和社保之后），而徒手清洗汽车的半小时则相当于4.9美元。
     把时间直接还原成金钱或许有些荒谬，然而时间确实已经变成了一种商品，这源于我们看待事件过程的方式的激烈变革。人类基本的驱动力从几十万年前的旧石器时代以来就没有改变，现在从事的活动大部分都是围绕着进食、繁衍、战斗或逃跑这类与原始人一模一样的冲动展开的。尽管这些原始冲动一直存在，但从狩猎一采集祖先漫步于东非稀树草原的时代开始，人类文化经历了一次又一次剧变。在从石器时代到信息时代的漫长变迁中，影响最深远的改变或许就与我们主观的时间经验有关。
     有一种定义认为时间是一个连续体，在从过去到未来的过程中，事件一个接一个地发生。如今，在一段时间间隔中发生的事件数在不断增加，技术时代已经成了一个“胜人一筹”的游戏，谁干的事情更多更快，谁就更出色。在詹姆斯？格莱克（James Gleick）2000年出版的《越来越快：飞奔的时代飞奔的一切》（《Faster: The Acceleration of Just About Everything》）一书中，他指出，在20世纪80年代之前，商业文件通常并不需要第二天就送达，然而，联邦快递（Federal Express，简称FedEx）率先提高运送速度，给顾客超快的体验。然后很快，全世界的人都习惯于货物在第二天早上就能送达了。格莱克写道：“当每个人都在第二天收到邮件时，所有快递公司都回到了同一条起跑线上。人类社会节奏普遍越来越快――只有这一原则从未变过。”
     测量时间
     互联网出现以后，人们就不用心绪不宁地等到第二天联邦快递卡车到来才能收到信件了。在互联网时代，地域的已经不再存在，无论是在美国纽约，还是塞内加尔首都达喀尔，只要联网，所有计算机用户都可以同时看到网页上的更新，这意味着时间实际上已经战胜了空间。钟表商斯沃琪（Swatch）注意到了这个趋势，并开始尝试打破地区之间的时间分界线。它创造了一种新的互联网计时标准，取消了时区的概念，把一天分成1000个部分，在世界各处的计时都相同，基准则定在斯沃琪总部所在地――瑞士的比尔。你现在还可以在网上设置一个这样的数字网络时钟，然而它并没有能成为一种被广泛采用的普遍时间标准，就像“世界语”（Esperanto）并没有能成为世界通用的语言一样。
     除类似上述互联网计时标准这种华而不实的小“花招”外，互联的世界确实消除了时间障碍，这一成就依赖于不断提高的准确测量时间的能力。自古以来，测量时间能力的提升，直接代表了我们对所在环境控制力的提高。测量时间这一活动或许可以追溯到20000年以前：冰河时代的猎人在棍子或石头上划刻痕，也许是为了标记月相之间的日期。大概5000年以前，巴比伦人和埃及人就设计了日历，用以指导种植以及其他与时间有关的活动。
     早期的时间记录技术并不准确，它们跟踪的是自然周期：太阳日、太阴月和太阳年。日晷除了投影子外别无他用，当有云或者晚上时，它就成了一个没用的摆设。因此从13世纪开始，机械钟开启了一场革命，其意义与后来古登堡（Gutenberg）改进活字印刷术掀起的革命相当。自此，时间不再像漏钟（water clock）里的水那样是“流动”的，而是通过某种机制，根据振荡器的节拍来一段一段地划分。机械钟完善之后，时间的流动就能够按秒计算了。
     机械钟最终实现了钟表的小型化。工程师用螺旋弹簧代替钟摆来驱动，钟表就缩小到可以像首饰一样携带或佩戴了。钟表技术改变了我们对社会组织方式的认识，它使得人们可以协同活动。哈佛大学的历史学家戴维？S.兰德斯（David S.Landes）在他2000年出版的《时间的革命》（《Revolution in Time》）一书中写道：“守时源于人自身，而不是外部环境。只有在机械钟出现之后，人类文明才开始关注时间的流动，进而开始关注生产力和业绩――不管这是一种进步还是退步。”
     在几百年间，机械钟一直是最准确的计时器，然而在过去的50多年中，时间记录在准确度方面的进步与之前700年一样多。让时间征服空间的并不只是互联网。目前，时间是所有物理量中测量得最准确的一个，因此，我们可以借助时间来衡量空间。如今，标准制定者将1米定义为光在真空中传播1/299792458秒所经过的距离。
     原本用来测量时间的原子钟也可以用来判断位置。有一类原子钟用铯原子来计时，铯原子的共振频率有着令人惊叹的稳定性，可以当作一个精度接近纳秒的“钟摆”。全球定位系统（GPS）卫星会持续报告卫星的准确位置以及其上原子钟记录的时间，而GPS接收装置会处理来自至少4个卫星的信息，并将其转化成准确的地理坐标，提供给飞行员或登山者，无论是在南美的巴塔哥尼亚高原还是在北欧最北端的拉普兰德。该装置要求很严格，只要一个卫星上的时间偏移百万分之一秒，就会在GPS接收器上产生1/5英里（约322米）的误差（如果这个错误没有被其他卫星修正的话）。
     测量时间的准确度仍然在不断进步。事实上，在接下来几年中钟表制造者可能会再次超越自己。他们可能制造出一种“终极”原子钟，其独一无二的准确度甚至会让没有任何其他钟表可以与它对准。研究人员也在努力把一秒钟的时间分割得更细。要知道，对速度的需求成了信息时代的基础，世界上最快的晶体管的开关速度还不到1皮秒――1秒的一万亿分之一。
     2001年，一支来自法国和荷兰的团队报道，他们制造的激光频闪器可以放出持续仅250阿秒（250×10-18秒）的激光脉冲，创造了时间分割的新纪录，这个纪录后来又被打破了。这种频闪器或许有一天会被装进照相机，追踪单个电子的运动。近几十年来，在测量长时间间隔方面，我们也取得了不少进展：同位素年龄测定法（radiometric dating method）可以作为深入地质年代的标尺，准确地测得地球的年龄。一旦能够轻松地超越时间和空间一一无论是使用互联网，还是驾驶一架GPS导航的飞机，我们做事情的速度都可以越来越快了。人类速度究竟可以有多快？科学家仍然在寻找这一极限。学术会议和大众图书有时候会开玩笑地提到“终极宇宙快车”（Ultimate Cosmic Hot Rod），即一种穿越到未来或过去的方法。不过哪怕钟表制造技艺再高超，物理学家和哲学家至今都没有通晓“光阴似箭”（Tempus Fugit）这一古老谚语的意义。
     时间的本质是什么？过去、现在、未来，分别又是什么？这样的困惑在工业时代的几百年前就有了。古罗马的天主教思想家奥古斯丁在其《忏悔录》中生动地描述了这个定义难题：“那么，什么是时间？在没有人问我的时候，我知道答案；但如果我想向问我的人解释什么是时间，我就不知道答案了。”接着，他还尝试说明了为什么时间难以定义：“过去和未来这两种时间到底是怎样的存在呢？既然过去已经不在，那未来还未来临？”
     “冷血”的物理学家同样难以解决这个问题。我们说时间“飞逝”，我们都会不可避免地走向死亡，但“时间飞逝”到底是什么意思呢？说时间“一秒一秒地前进”，并没有比禅宗公案科学多少。我们可以把时间当作类似电流一样的东西，用一种“时间安培”来度量，但是这样的测量或许也不存在。事实上，时间本身到底是不是个幻觉，正是理论物理学最热门的议题之一。这个问题很严峻，以至物理学家不得不向哲学家请教他们在方程中是否应该加入时间变量。
     自然节律
     时间的本质这一古老难题不仅吸引了物理学家和哲学家的注意，也吸引了研究非西方文化的人类学家的注意。很多非西方文化认为事件是在周期性、非线性的序列中发展的。然而，对于我们大多数人来说，时间不仅仅是真实的，它还是我们所做的一切的主人。
     我们清楚地感到自己被夹在过去与现在之间，或许与一个基本的生物事实相关：我们身体内充满了各式各样的生物钟，它们支配着我们什么时候挥棒击球，什么时候觉得困，甚至是什么时候生命走到尽头。生物学家已经开始逐渐揭开这些真实的生物节律的秘密。科学家逐渐锁定了我们大脑的特定区域，当我们开心时，这个区域产生时间过得很快的感觉；当我们麻木地坐着听一个枯燥的讲座时，这个区域产生时间过得慢的感觉。科学家也开始了解不同类型记忆之间的联系，以及事件是如何按发生的先后顺序被组织和回忆的。对有各种形式遗忘症状的神经性疾病患者（其中一些人已经失去了准确判断经过了几小时、几个月甚至几十年时间的能力）的研究，有助于准确定位我们大脑参与体验时间的部分。
     能按顺序回顾出我们什么时候在哪儿决定了我们是谁。归根结底，时间是不是宇宙学意义上的基本物理量实在并不重要，如果时间是一种幻想，它也是我们矢志不渝坚持的幻想。时间，作为三个空间维度之外的第四个维度，我们对它的敬意很大程度上出于深刻的精神需求，即拥抱那些我们共同拥有的、有意义的时间里程碑――特殊的纪念日，否则如何解释人们在2000年1月的第一天疯狂庆祝？这天既不与重要事件有关，也不是任何历法中真正的新千年开始。
     我们会继续庆祝下一个千年的到来（如果到时候人类仍然存在的话），同时也会纪念父母的结婚纪念日等。在如今这个即时通信、货到付款和当日送达几乎剥夺了一切永恒感的世界，这或许是专享能让我们感到世界存在等级秩序和结构的方法了。
     P8-11