当我们谈论时间的时候，“时间”到底是什么？

公元5世纪，罗马帝国神学家奥古斯丁写过一本《忏悔录》。他在书中指出，讨论宇宙诞生之前没有意义，因为在宇宙诞生之时才有时间，所以不存在所谓的“之前”。这本1600多年前的书中的观点在字面意思上似乎与现代大爆炸宇宙学的观点不谋而合。

大爆炸是时空的起点，这是现代宇宙学的主流观点，也是我们在大部分科普书中读到的内容。但是，加州理工学院教授肖恩·卡罗尔 （Sean Michael Carroll）并不认为这已成定论。他认为很有可能时空在大爆炸之前已经存在，我们叫作大爆炸的这个节点，只是从一个阶段到另一个阶段的一种过渡。

卡罗尔在自己的作品《从永恒到此刻：追寻时间的终极奥秘》（From Eternity to Here：The Quest for the Ultimate Theory of Time）中详细论证了以上看法。他写这本书意在从生活中最平常的现象入手，引导我们了解宇宙中最大的谜团之一并罗列出可能的答案。在以下的这段文字中，我们就能看到如果深究的话，“时间”这样一个司空见惯的概念会有多么深刻而复杂的意义。

这个世界不会把抽象概念包装妥当打上漂亮的蝴蝶结再拱手送给我们，以便我们尽力理解并与其他概念相协调。相反，这个世界只是将现象、事物呈现给我们，我们可以观察、记录，也必须由此尽力推导出概念，以帮助我们理解那些现象怎么与我们别的经验挂钩。对于很微妙的概念比如说熵，这个模式非常清楚。你不会在大街上走着走着就撞见一堆熵，你得观察自然界中不同的现象，分辨出一种模式，并觉得最好将这种模式看成一个新的概念，而你管这种新概念叫作“熵”。武装上这种有用的新概念之后，你就可以观察更多现象，并受到启发去改进、提高你关于熵究竟是什么的原始想法。

对于像“时间”这么原始又这么不可或缺的概念，是我们发明了这一概念而非宇宙将其拱手送给我们，这一事实就没有那么显而易见了——时间是我们真的不知道离了它还怎么活的一种东西。不过，科学（以及哲学）的任务之一，就是吸取我们对类似“时间”这样的基本概念的直观理解，并使其变得缜密。这一路上我们的发现就是, 我们从未以单一的、毫不含糊的方式用过这个词。这个词有不同的含义，每一种含义都应该单独得到详细阐释。

时间在三个不同的方面起作用，这三个方面对我们来说全都至关重要。

（1）时间标记了宇宙中的时刻。时间是一种坐标，可以帮助我们定位事物。

（2）时间度量事件之间的间隔。时间是时钟测量的对象。

（3）时间是我们移动的媒介。时间是变化的动因。我们穿过时间，同样也可以说时间流过我们身边，从过去，跨越现在，抵达将来。

乍一看会觉得这几条好像全都有点儿类似。时间标记时刻，时间度量间隔，时间从过去移动到将来——确实，没有什么事情会跟上面任何一条发生冲突。但是如果我们挖掘得再深一点，就会看到这些想法并不需要彼此相关——它们代表了在逻辑上各自独立的概念，只不过恰好在我们的现实世界中紧密交织。为什么会这样？答案比科学家能想到的更重要。

01

时间标记了宇宙中的时刻

约翰·阿奇博尔德·惠勒（John Archibald Wheeler）是美国一位颇具影响力的物理学家，就是他发明了黑洞这个词。有一次有人问他，他会怎么定义“时间”。沉吟片刻之后，他答道：“时间是大自然用来避免所有事情同时发生的手段。”

这句话里有大量真相，蕴含的智慧也不止一星半点。通常我们想到世界时——不是像科学家或哲学家那样去想，而是像普通过日子的人那样去想——我们喜欢将“世界”理解为事物的集合，这些事物分布在各种各样的地方。物理学家将所有这些地方合在一起，总其名曰“空间”。他们对空间中存在的各种事物也有不同的思考方式：原子、基本粒子、量子场，看是在什么语境下讨论，但基本思想都是一样的。你坐在房间里，周围有几件家具，几本书，可能还有吃的或是别的人，当然也会有空气分子——所有这些事物，从你身边一直到遥远的星际空间的每一个角落，合在一块儿就是“世界”。

而这个世界在变。我们会发现物品处于某种特定的排列，也会发现这些物品处于别的排列。（不提及时间概念的话，在这种情形下要造出一个说得通的句子可真难。）但我们并非“同步”或者说“同时”看见这些不同的布局。我们看到一种布局：你坐在沙发上，猫坐在你腿上；随后我们看到另一种布局：猫从你腿上跳下来，因为你专注于读书没有注意到它，它觉得很烦。因此，世界一次又一次出现在我们面前，呈现出各种各样的布局，而这些布局彼此都有些不同。好在我们可以给这些不同的布局做标记，明确区分出哪个是哪个——猫小姐“现在”走开了；它“刚才”在你腿上。这个标记就是时间。

所以世界是存在的，更重要的是，世界还一次又一次发生。从这个意义上讲，世界就像电影胶片的不同画面，这部电影的摄像机捕捉到的是整个宇宙。（当然，就我们所知，画面的数量是无限的，画面之间有微乎其微的区别。）但是，电影当然不仅仅是一堆单独的画面。这些画面最好排成正确的顺序，这样才能让一部电影有意义。时间也是一样。说起“这件事发生了”“那件事也发生了”“还发生了另一件事”，我们可以说得比这要多得多。我们可以说这件事发生在那件事之前，还有另一件事情会在之后发生。时间并非只是世界上每一个事例的标记，它还提供了一个序列把，把这些不同的事例按顺序排列起来。

▲世界，以不同时刻为序。对象（包括人和猫）从此刻到下一刻都持续存在，定义了时间中延续的世界线

持久的现象让我们可以用不同的方式来思考“世界”。我们可以一下子就想到世界的整个历史，或是世界上任何特定的事物，而不是散布在整个空间中的物品集合，一直在不同的布局之间变换。我们不用去想猫小姐是细胞和体液的特殊排列，而可以想到它的整个生命，从出生一直到死亡，都在时间中延续。对象（猫、行星、电子，等等）在时间中的历史就定义了该对象的世界线——随着时间流逝，这个对象在空间中所经历的轨迹。对象的世界线就是该对象在世界中出现过的位置的完整集合，并标记有在每个位置出现的特定时间。

02

时间度量事件之间的间隔

时间起作用的第二个方面是，它可以度量事件之间的间隔。这跟已经讨论过的“时间标记宇宙中的时刻”听起来非常像，但其中大有不同。时间不只是标记不同的事件并排序，它还度量了这些事件之间的距离。

如果我们想替哲学家或科学家操心，试图定义一个有些微妙的概念，那么从实践角度去看问题是有帮助的——我们在自己的经验中究竟会如何运用这个概念？用到时间的时候，我们指的是通过认读钟表得到的测量值。如果你要看一个会持续一小时的电视节目，那节目结束时钟表的读数就会比节目开始时的读数晚一小时。我们说在节目播放期间一小时过去了，说的就是这个意思：你的时钟显示的时间在节目结束时比开始时要晚一小时。

但是，怎样才算好用的时钟呢？首要标准是得连贯一致——要是一座时钟时快时慢，那可一点儿好处都没有。但时钟的快慢是跟谁比呢？答案就是别的时钟。我们通过经验得出的事实（而非逻辑上的必然结论）是，宇宙中有些物品有连贯一致的周期性——这些物品一遍又一遍做着同样的事情，而如果把这些物品放在一起，我们会发现其重复有可预测的模式。

想一下太阳系里的行星。地球绕着太阳转，每过一年都会回到相对于遥远的恒星来说的同一个位置。单看这个并没有太大意义，只不过是“年”的定义罢了。但是，我们会发现火星每次回到原来的位置要1.88年。这样说就非常有意思了 ——不必援引“年”的概念，我们就可以说火星绕着太阳每转一圈，地球可以转 1.88圈。同样地，地球绕着太阳每转一圈，水星可以转 1.63圈。

测量时间的关键是同步重复——大量各式各样的进程一次又一次发生，进程之一回到初始状态时另一个进程重复自身的次数能可靠预测。地球绕着自身的地轴旋转，而每当地球绕太阳一周，它都会自转365.25 周。每当地球绕自己的地轴转完一周，石英表里的小水晶都会振动2831155200次。（一天有24小时，一小时有3 600秒，而每秒有32768次振动。）石英表为什么靠得住，原因是石英水晶的振动十分规律，就算温度或压力发生变化，石英表在地球每转一周时振动的次数也不会改变。

▲好用的时钟展现同步重复。每过去一天，地球会自转一周，以1秒为周期的钟摆振动86400次，石英表中的水晶则会振动2831155200次

这里我们的兴趣所在不是制造时钟有多复杂精妙，而是时间的意义。我们生活的世界包含了所有类别的周期性进程，这些进程与别的某些特定周期性进程相比较，会以可预知的次数重复。这也是我们测量间隔的方法：利用这样一种进程的重复次数。如果我们说电视节目会持续一小时，那么就意味着我们手表里的石英水晶会在节目的开始和结束之间振动117964800次（一小时有3600秒，每秒振动32768次）。

请注意,在给时间认认真真下个定义的时候，我们好像完全杜绝了这个概念。不过这只是任何恰当的定义都应该有的——你肯定不想让什么东西以自身为依据来定义自己。时间的流逝完全可以重塑为在同步中一起发生的特定事物，“节目持续了一小时”等价于“在节目开始和结束之间，我手表里的石英水晶会有117 964800次振动”（也许增减几个广告）。如果你真想干一票大的，你甚至可以彻底改造物理学的上层结构，让“时间”的概念完全消失并代之以复杂的规范，即某特定事物如何与别的特定事物同时发生。但我们何苦这样呢？以时间为依据考虑问题十分方便。此外更重要的一点是，它还反映了宇宙运行方式中一种简单的深层秩序。

03

时间是我们移动的媒介

我在本章开头建议的社会实验，就是问问陌生人会怎么定义“时间”，用这一方法来区分物理学家和非物理学家会很趁手。十有八九，物理学家会说出跟上面头两个概念有关的内容——时间是一种坐标，或者时间是事件间隔的度量。同样也是十有八九，并非物理学家的人会说出跟我提到过的第三个方面有关的内容——时间就是从过去流向未来的什么东西。逝者如斯夫，从“过去那时候”到“现在”并走向“将来”。

或者反过来，也可以说我们在时间里移动，就好像时间是一种我们可以穿过去的物质一样。罗伯特·波西格（Robert Pirsig）在其经典之作《禅与摩托车维修艺术》的后记中，提到了这个比喻的一种特殊转换形式。根据波西格的说法，古希腊人“将未来看成是从他们后面向他们走来的东西，将过去看成是在他们眼前往后退却的东西”。仔细想想，这个说法似乎比我们离开过去朝着将来前进的传统观点更实在点。对于过去我们根据经验有所了解，而对于将来多半纯靠臆测。

这些看法的共同之处是将时间看成是一样东西的思想，并且这件东西还会变化——在我们周围流动，或是我们在其中移动时经过我们身边。但是，把时间构想成某种自身具有动力的物质，甚至可能还有根据环境以不同速率改变的能力，就会带来一个至关重要的问题。

这样讲到底是什么意思？想一下有些真的会流动的东西，比如说一条河。我们可以从被动或主动的视角来看待这条河：要么是我们静静站着，水流过我们身边：要么是我们坐在船上顺流而下，两边的河岸相对于我们在移动。

毫无疑问河水在流动。这么说的意思是，河水中特定的某一滴水在随着时间改变位置某个时刻这滴水在这里，过一会儿之后又到了那里。我们也可以有理有据地讨论河水流动的速率，也就是水的速度一换句话说就是这滴水在一定时间内行进的距离。我们可以用“千米/时”来计算这个速度也可以用“米/秒”或是“相同时间间隔内行进的距离”的任何单位，你高兴用就行。这个速度很可能会随时随地发生改变——有时候河水流得很快，有时候又变慢了。当我们说到真实河流的真正流动时，所有这些语句的含义都一清二楚。

但是我们仔细审视一下时间本身要如何”流动”这个观念的话，就会有个小问题。河水的流动是位置随着时间变化：但要是说时间随着时间变化，这是什么意思？真正的流动是位置随时间的变化：但时间并没有“位置”。所以，时间应该相对于什么发生变化呢？

那就这么想：如果时间确实在流动，我们该如何描述其速度？可能是类似于“x小时每小时”这样的表述——每单位时间的某个时间间隔。我也能告诉你x会是多少——等于1，永远都是。无论宇宙中别的事情会怎样进行，时间流逝的速度都是1小时／每小时。

从这里可以得出的教训是，把时间看成能流动的什么东西并不妥当。这个比喻非常诱人，但经不起推敲。要把我们自己从这种想法中剥离开，就不能再将我们自己想象成安置在宇宙中而时间在我们周围流动才行。相反，我们得把宇宙（我们周围的全部四维时空）看成是某种独特的实体，就好像我们可以用外部视角来观测它一样。只有这样，我们才能真正领会时间的意义，而不是“只缘身在此山中”，把我们在时空中的位置看得太重。

（本文摘编自《从永恒到此刻：追寻时间的终极奥秘》第1章“过去就是当下的记忆”，标题为编者所加。）

书名：从永恒到此刻：追寻时间的终极奥秘

‍♂️ 作者：[美]肖恩·卡罗尔

内容简介

无论你身处哪个星系，时间都只会往一个方向流逝。为什么？

30年前，史蒂芬·霍金试着通过理解大爆炸来阐释时间。今天，肖恩·卡罗尔说，我们要有更大的雄心。他在本书中展示了时间之箭的存在为何应归因于大爆炸之前的环境，以及我们的宇宙只是大家族的一份子，在这个家族中，很多宇宙所经历的时间都与我们相向而行。

《从永恒到此刻》所涉猎的话题，从熵到量子力学、时间旅行、信息论，再到生命的意义。读者所要面对的，就是理解我们为何存在。

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