第1章
難解之謎

偉大的哲學(xué)家們向來深受時(shí)間的困擾，但我們已經(jīng)有望通過物理學(xué)來解讀時(shí)間。

光陰如風(fēng)逝，果蠅愛香蕉。（Time flies like the wind—Fruit flies like bananas.）

——兒歌[1]

有一個(gè)關(guān)于你的、鮮為人知的事實(shí)，也許除了你自己，沒人知道，那就是：你現(xiàn)在正在閱讀這本書。其實(shí)我可以表達(dá)得更精確：你現(xiàn)在正在閱讀“現(xiàn)在”這個(gè)詞。

此外，雖然我做出了你認(rèn)為正確的陳述，但就我個(gè)人而言，我過去對(duì)“現(xiàn)在”不了解，目前仍是如此。你現(xiàn)在正在閱讀“現(xiàn)在”這個(gè)詞，但我對(duì)此一無所知——當(dāng)然，除非我正站在你身后，而你正指著書本閱讀。

“現(xiàn)在”是一個(gè)非常簡單、迷人而又神秘的概念。你知道它的含義，但你會(huì)發(fā)現(xiàn)，除非通過循環(huán)論證，否則很難去定義它?！啊F(xiàn)在’是把過去同未來分開的時(shí)刻。”好吧，但要試著不使用“現(xiàn)在”一詞定義過去和未來。你所說的過去和未來的含義是不斷變化的。片刻之前，當(dāng)你讀到這段話的時(shí)候，正處在未來。但現(xiàn)在，這基本已經(jīng)屬于過去。

現(xiàn)在整段話都已經(jīng)屬于過去（除非你跳到前面重讀）?！艾F(xiàn)在”指的是一個(gè)特定的時(shí)間，但它所指的時(shí)間是不斷變化的。這就是我們使用時(shí)鐘的原因。它們所顯示的數(shù)字同“現(xiàn)在”有關(guān)，我們稱之為當(dāng)前時(shí)間。時(shí)鐘不斷更新，通常是每秒更新一次。時(shí)間的推移永不停歇。我們可以在空間中靜止，但卻不能在時(shí)間中靜止。我們?cè)跁r(shí)間中運(yùn)動(dòng)，但卻不能控制時(shí)間的運(yùn)動(dòng)——當(dāng)然，除非時(shí)間旅行成為可能。

時(shí)間這個(gè)奇特的現(xiàn)象有著眾多的謎團(tuán)，“現(xiàn)在”的含義只是諸多謎團(tuán)中的一個(gè)。值得注意的是，我們對(duì)時(shí)間，特別是對(duì)與愛因斯坦相對(duì)論有關(guān)的時(shí)間的古怪與反常，有著深刻的理解。然而，關(guān)于時(shí)間的基本原理，我們卻知之甚少——它是什么，又如何同實(shí)在相關(guān)聯(lián)——這也同樣值得關(guān)注。這是一本關(guān)于時(shí)間的書，一本關(guān)于我們知道什么、不知道什么的書。

時(shí)間會(huì)“流動(dòng)”嗎？1906年4月18日上午5時(shí)12分，舊金山發(fā)生了一場(chǎng)大地震。發(fā)生該事件的時(shí)間不會(huì)發(fā)生移動(dòng)，你可以在維基百科中找到它。能夠運(yùn)動(dòng)、流動(dòng)的，是“現(xiàn)在”的含義?！艾F(xiàn)在”在時(shí)間之中前進(jìn)、改變和推移。

或許更確切的說法是，時(shí)間流動(dòng)并經(jīng)過了“現(xiàn)在”。我們很難描述所有關(guān)于“運(yùn)動(dòng)”的問題。當(dāng)我們說一輛汽車正在運(yùn)動(dòng)時(shí)，我們分兩次記錄其位置。汽車的速度是用它運(yùn)動(dòng)的距離除以運(yùn)動(dòng)所耗的時(shí)間，例如用每小時(shí)多少千米來表示。但用這種方法描述“現(xiàn)在”完全行不通。“現(xiàn)在”就是此時(shí)此刻；即便停頓片刻，“現(xiàn)在”仍是此時(shí)此刻。時(shí)間會(huì)運(yùn)動(dòng)嗎？是的，“現(xiàn)在”的含義不斷變化的事實(shí)，印證了時(shí)間的運(yùn)動(dòng)。時(shí)間運(yùn)動(dòng)的速率是多少？每秒鐘一秒。

還有第三種觀點(diǎn)——每時(shí)每刻都會(huì)產(chǎn)生新的時(shí)間，而這種新的時(shí)間構(gòu)成了“現(xiàn)在”。這些觀點(diǎn)是在哲學(xué)上還是物理學(xué)上存在差異？在兩個(gè)學(xué)科之間，這是一個(gè)選擇問題，還是其中一個(gè)學(xué)科呈現(xiàn)了更多的真理、更深的含義？該問題是本書將要探討的一部分。

假設(shè)時(shí)間停止，你會(huì)注意到嗎？怎樣注意到？假設(shè)它停停走走，或者以完全不同的速率前進(jìn)，你能發(fā)覺這種差異嗎？即便你理解在電影中，例如在《移魂都市》《人生遙控器》《星際穿越》和《古墓麗影》中通常使用的時(shí)間敘述方法，這對(duì)你來說也絕非易事。人類對(duì)“現(xiàn)在”的運(yùn)動(dòng)、時(shí)間的流動(dòng)的認(rèn)知，似乎是由從眼睛、耳朵或指尖發(fā)送信號(hào)至大腦，大腦進(jìn)行記錄、注意和記憶的過程所用的毫秒數(shù)決定的。對(duì)于人類而言，整個(gè)過程需要幾十分之一秒；對(duì)于蒼蠅而言，只需要幾千分之一秒。這就是人為什么很難捉住蒼蠅。對(duì)于蒼蠅來說，你用具有威脅性的手接近它的動(dòng)作是一個(gè)慢動(dòng)作，就如同在《時(shí)光駭客》中那樣。

時(shí)間的速率不單使科幻電影陷入窘境。相對(duì)論，特別是在雙生子佯謬中，給了我們具體的例子。雙胞胎中的一個(gè)做接近光速的旅行，他比留在地球的兄弟度過了更少的時(shí)間，但在感覺上沒有區(qū)別；兄弟倆以相同的方式度過了時(shí)間，但是對(duì)二人而言，時(shí)間的流動(dòng)是完全不同的。本書中我們將詳細(xì)討論這一奇特的屬性。

我們之所以有望理解“現(xiàn)在”，是因?yàn)?0世紀(jì)物理學(xué)取得了巨大進(jìn)步。但讓我們先簡單回顧一下前人所遭遇的挫折。

不可名狀的“現(xiàn)在”

從古代到文藝復(fù)興，亞里士多德的《物理學(xué)》（Physics）主宰著科學(xué)。它是中世紀(jì)天主教會(huì)的科學(xué)圣經(jīng)。伽利略否認(rèn)了這本書中的一些主張，致使他遭到了審判。亞里士多德在其著作《物理學(xué)》中，用了四個(gè)章節(jié)努力闡釋時(shí)間和“現(xiàn)在”的概念，但還是完全陷入了混亂。他寫道：

“現(xiàn)在”不是一個(gè)部分概念：部分是整體的度量單位，因?yàn)檎w必須由部分組成。另一方面，時(shí)間不是由一個(gè)個(gè)“現(xiàn)在”組成的。此外，“現(xiàn)在”似乎連接了過去和未來——它總是保持不變，還是總在變化之中？這很難說。如果它總在變化之中，沒有一個(gè)部分在時(shí)間上與其他部分重合（除非一部分包含另一部分，像較長的時(shí)間包含較短的時(shí)間那樣），并且“現(xiàn)在”不是現(xiàn)在（即便以前是），且在某些時(shí)候已然停止前進(jìn)，那么一個(gè)又一個(gè)“現(xiàn)在”也不能與其他部分重合，先前的“現(xiàn)在”必定已經(jīng)停下。[2]

是這些想法過于深刻，還是它們糾纏不清了？亞里士多德試圖準(zhǔn)確地描述“現(xiàn)在”，但是自己把自己說糊涂了。我們倒是可以從中得到些許安慰，畢竟如此德高望重的思想家也發(fā)現(xiàn)這個(gè)問題十分棘手。

奧古斯丁在其著作《懺悔錄》（Confessions）中為自己無法理解時(shí)間的流動(dòng)發(fā)出了感嘆。他寫道：“什么是時(shí)間？如果沒人問我，我就很明白；當(dāng)我想去解釋的時(shí)候，自己卻不明白了。”這句寫于5世紀(jì)的悲嘆引起了來自21世紀(jì)的我們的共鳴。沒錯(cuò)，我們知道什么是時(shí)間。那我們?yōu)槭裁床荒苊枋鏊兀课覀儗?duì)時(shí)間都有怎樣的認(rèn)識(shí)？

奧古斯丁的難題在一定程度上源于他的信仰，即上帝是全知全能的。他又創(chuàng)造性地提出了一個(gè)驚人的概念：上帝必定是永恒的。這一著名的思想限定了現(xiàn)代物理學(xué)的研究范疇——描述時(shí)空?qǐng)D中物體在時(shí)間層面上的特性，但這些時(shí)空?qǐng)D卻將時(shí)間的流動(dòng)或“現(xiàn)在”存在的事實(shí)排除在外。

奧古斯丁稱，對(duì)于人類，沒有過去或未來，只有三種“現(xiàn)實(shí)”：“對(duì)過去的事物的記憶，對(duì)現(xiàn)存事物的視覺感知以及對(duì)未來事物的展望?！保ǖ腋沟摹妒フQ頌歌》是從中獲得的靈感嗎？）但奧古斯丁對(duì)這種解釋并不滿意。他說：“我的靈魂渴望解開這最棘手的謎題。”

愛因斯坦對(duì)現(xiàn)在的概念感到困擾。哲學(xué)家魯?shù)婪颉た柤{普（Rudolf Carnap）在他的《思想自述》（Intellectual Autobiography）中寫道：

愛因斯坦稱“現(xiàn)在”這個(gè)難題對(duì)他造成了很大的困擾。他解釋說，經(jīng)歷“現(xiàn)在”對(duì)人而言有著特殊的意義，它是本質(zhì)上不同于過去和未來的東西，但這種重要的區(qū)別不會(huì)且不能在物理學(xué)領(lǐng)域進(jìn)行探究。對(duì)他來說，不能用科學(xué)來解釋這一問題令人感到痛苦，但他不得不去接受。因此，他總結(jié)道，“關(guān)乎‘現(xiàn)在’的重要認(rèn)識(shí)不在科學(xué)研究的范疇之內(nèi)。”

卡爾納普不同意愛因斯坦的結(jié)論，“既然科學(xué)在原則上可以研究所有問題，那么就不存在不能回答的問題?！钡?，任何人在與愛因斯坦持不同意見時(shí)，都必須非常謹(jǐn)慎。相比承認(rèn)他的結(jié)論比你的想法更有深度，人們更容易批評(píng)他是感情用事。愛因斯坦簡單陳述的結(jié)論絕不應(yīng)該被視為簡單的思想。哲學(xué)家有時(shí)會(huì)覺得，自己發(fā)明了諸如“時(shí)間幾何宿命論”（對(duì)光速恒定的假設(shè)）的復(fù)雜表達(dá)，就能達(dá)到非常有深度的境界。相反，愛因斯坦的表達(dá)連孩童都能夠理解——這個(gè)本事使他成為世人最愛引用其金句的科學(xué)家。

對(duì)于物理學(xué)中缺乏對(duì)時(shí)間流動(dòng)的解釋這一現(xiàn)象，有些理論學(xué)家并不把這當(dāng)作缺陷（像愛因斯坦那樣），反而認(rèn)為它指向了更為深?yuàn)W的真理。例如，布萊恩·格林（Brian Greene）在他的《宇宙的構(gòu)造》（The Fabric of the Cosmos）中寫道，相對(duì)論“宣告我們所處的是一個(gè)平等的宇宙，每個(gè)時(shí)刻都是真實(shí)的”。他說，我們“長期以來都對(duì)過去、現(xiàn)在和未來持有錯(cuò)誤的觀點(diǎn)”，這種說法讓我們想起了奧古斯丁。格林的結(jié)論是，相對(duì)論沒有討論時(shí)間的流動(dòng)，因此這種流動(dòng)必定是幻覺，而非現(xiàn)實(shí)的一部分。對(duì)我而言，他的邏輯是一種倒退，因?yàn)樗麤]有堅(jiān)持用理論解釋我們所觀察到的現(xiàn)象，反而認(rèn)為我們?yōu)榱讼蚶碚摽繑n，就需要扭曲觀察到的現(xiàn)象。

無神論者嘲笑愛因斯坦在晚年傳播宗教信仰，偏離了物理學(xué)。但他們從未提及他的擔(dān)憂之處，即科學(xué)甚至不能解決世界上最基本的問題：時(shí)間的流動(dòng)和“現(xiàn)在”的含義。許多科學(xué)家認(rèn)為，物理學(xué)不能探究的問題就不是實(shí)在的一部分。這句話是能夠得到驗(yàn)證的結(jié)論，還是宗教信仰本身？哲學(xué)家將該信條命名為物理主義（physicalism）。有沒有辦法來驗(yàn)證物理學(xué)能夠涵蓋萬物的思想？或者所有物理學(xué)家都應(yīng)當(dāng)如是認(rèn)為，就像信奉基督教是對(duì)美國總統(tǒng)候選人不成文的規(guī)定一樣？如果是你在挑戰(zhàn)物理主義，你能否像愛因斯坦一樣，冒著被人嘲笑你是在向宗教靠攏的風(fēng)險(xiǎn)？

亞瑟·愛丁頓爵士在物理實(shí)驗(yàn)和理論方面都有著諸多貢獻(xiàn)，受到眾多物理學(xué)家推崇，他尤其是以解釋時(shí)間之箭的重大突破而聞名。時(shí)間之箭非常神秘（對(duì)思考這些事情的人來說），因?yàn)槲覀冇涀〉氖沁^去，而不是未來。然而，即便給出了對(duì)時(shí)間方向性的解釋，在時(shí)間的流動(dòng)方面，愛丁頓依然十分困惑。在1928年出版的《物理世界的本質(zhì)》（The Nature of the Physical World）中，他寫道：“時(shí)間的偉大之處在于它不斷前進(jìn)。”之后他又哀嘆道：“但物理學(xué)家有時(shí)似乎傾向于忽視這個(gè)方面?！?/p>

史蒂芬·霍金在他的《時(shí)間簡史》中甚至沒有提及“現(xiàn)在”這一難解之謎。他的書關(guān)注的是我們確定能夠理解的部分和當(dāng)前理論研究的領(lǐng)域?；艚鹫?wù)摿藭r(shí)間之箭，但不涉及時(shí)間的流動(dòng)；探討了時(shí)間的相對(duì)性，而不是“現(xiàn)在”的奧秘。事實(shí)上，近年來的所有書籍都是如此。它們更關(guān)注有助于“統(tǒng)一”物理學(xué)方程的潛在理論，卻不注重解答“現(xiàn)在”的含義和時(shí)間流動(dòng)的理論。

但是，我們還有希望。

破碎的對(duì)稱性

想要掌握“現(xiàn)在”這一概念，我們就要開啟一段旅程，探索抽象和驚人的物理學(xué)、時(shí)間的物理學(xué)和實(shí)在的含義，還要對(duì)自由意志進(jìn)行新的審視。讓我們先從討論時(shí)間奇妙而怪異的特性開始，探尋令人難以置信卻真實(shí)存在的謎底。我們所取得的最大突破可以追溯到20世紀(jì)初，愛因斯坦發(fā)現(xiàn)時(shí)間的速率取決于速度和引力。時(shí)間是有彈性的，它可以拉伸，甚至可以逆轉(zhuǎn)。這些效應(yīng)極具價(jià)值，因而被應(yīng)用到當(dāng)前的GPS衛(wèi)星中。GPS如果不與愛因斯坦的發(fā)現(xiàn)保持一致，就會(huì)將我們定位到錯(cuò)誤的位置。大家都有手機(jī)吧？你口袋里的這個(gè)電子設(shè)備就用到了相對(duì)論。

目前，我們發(fā)現(xiàn)黑洞是遍布全宇宙的神秘天體。通過黑洞，我們又發(fā)現(xiàn)了時(shí)間最為奇特的地方。落入黑洞，你就會(huì)變成碎片（根據(jù)當(dāng)前的理論），不僅能在無限時(shí)空中旅行，還會(huì)超越無限（接下來我們會(huì)談到這一點(diǎn)）。從新的視角審視黑洞，你所看到的就不僅是黑暗。要挑戰(zhàn)自己的實(shí)在感，你也不需要掉進(jìn)黑洞。黑洞也與時(shí)間之箭有關(guān)。當(dāng)前的理論（尚未得到驗(yàn)證）認(rèn)為它們（以及在無限遠(yuǎn)處的“事件視界”）擁有宇宙中絕大部分的熵。

之后，我們將探索相對(duì)論提出之后的世界。愛丁頓對(duì)時(shí)間的方向進(jìn)行思考，得出結(jié)論，認(rèn)為時(shí)間的方向受一條特定的物理學(xué)定律——熱力學(xué)第二定律的限定。該定律認(rèn)為，世界上的無序程度是用熵來度量的，這種無序程度會(huì)持續(xù)不斷地增強(qiáng)。真是一條奇怪的定律，它不是建立在物理學(xué)的基礎(chǔ)之上，而是建立在某些事實(shí)和理論之上：我們的宇宙尤為有序，概率論卻稱宇宙唯一的方向就是更加無序和隨機(jī)，最終會(huì)走向冰冷的死亡。這是我們的未來嗎？不一定。宇宙中的無序程度正在加劇。矛盾的是，有序程度也在提升，與之相關(guān)的是行星、生命和文明的形成。

我會(huì)跟大家說明，熵不是時(shí)間之箭的唯一解釋，除了熵之外，還有其他更嚴(yán)肅的解釋，其中也包括量子物理中人們尚不了解的部分。我們常常引用和參考“測(cè)量論”（theory of measurement，谷歌搜索量達(dá)2.39億次），其實(shí)這個(gè)理論并不存在。在測(cè)量方面最偉大的發(fā)現(xiàn)就是通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了量子糾纏中一些奇怪性質(zhì)的存在，這種隱秘的現(xiàn)象以大于光速的速度傳播。尚未發(fā)現(xiàn)的測(cè)量論中也有可能隱藏著解開時(shí)間謎題的答案。量子物理將在我們解開“現(xiàn)在”的含義中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

有人認(rèn)為時(shí)間是我們意識(shí)的一部分，它永遠(yuǎn)不會(huì)，也不能被簡化為物理問題。大多數(shù)物理學(xué)家相信真相盡在他們的掌控之中，但我要證明事實(shí)并非如此——有些知識(shí)如同科學(xué)觀察所得一般真實(shí)，卻不能通過實(shí)驗(yàn)來發(fā)現(xiàn)，也不能通過測(cè)量來驗(yàn)證。舉個(gè)簡單的例子，2的平方根不能用兩整數(shù)之比表示。另一個(gè)例子是，藍(lán)色看起來是什么樣的。

時(shí)間之箭能從心理上感知嗎？假如時(shí)光正在倒流，我們能否有所察覺？偉大的物理學(xué)家理查德·費(fèi)曼（Richard Feynman）提出，可以把正電子看作在時(shí)間中逆行的電子。這里提到的正電子是在科幻小說中被用作飛船燃料，在現(xiàn)實(shí)生活中被用于醫(yī)療診斷的反物質(zhì)粒子。那么，“現(xiàn)在”是否也能在時(shí)間中逆行？我們呢？

最后，我會(huì)證明時(shí)間流動(dòng)的原因和難以琢磨的“現(xiàn)在”的含義都能在科學(xué)范圍內(nèi)找到解釋——不需要借助“熵”的概念，而是在宇宙物理學(xué)（physics of cosmology）中找到答案。為了理解什么是“現(xiàn)在”，我們不僅要整合相對(duì)論和宇宙大爆炸的知識(shí)，還要明白熵的作用范圍是有限的。我們將探索量子物理對(duì)該問題的解釋，特別（或許令人驚訝）是它對(duì)自由意志的解釋。雖然重新認(rèn)識(shí)自由意志對(duì)理解“現(xiàn)在”來說不是必要的環(huán)節(jié)，但它對(duì)理解“現(xiàn)在”為什么對(duì)我們?nèi)绱酥匾砸饬x重大。

時(shí)間和空間一起構(gòu)成了我們經(jīng)歷生老病死的世界，而經(jīng)典物理學(xué)的預(yù)測(cè)正是基于這個(gè)時(shí)空交織的世界。但直至20世紀(jì)初，人們才開始審視這個(gè)世界。我們應(yīng)該認(rèn)識(shí)那段往事，認(rèn)識(shí)其中的角色和曲折的情節(jié)，而不是事情發(fā)生的背景。這時(shí)，愛因斯坦出現(xiàn)了。他的偉大之處在于認(rèn)識(shí)到世界仍在物理學(xué)研究的范疇之內(nèi)，且時(shí)間和空間有著驚人的特性，通過對(duì)這些特性的分析可以做出預(yù)測(cè)。即便他后來對(duì)理解“現(xiàn)在”的含義喪失了信心，但他所做的工作對(duì)我們理解“現(xiàn)在”而言至關(guān)重要，因?yàn)槭撬麑r(shí)間納入物理學(xué)的研究范疇。