- 从永恒到此刻：追寻时间的终极奥秘
- (美)肖恩·卡罗尔
- 12614字
- 2021-10-19 17:02:43
第1章
过去就是当下的记忆
——奥古斯丁（St.Augustine），《忏悔录》
如果你在酒吧里，或是在飞机上，又或是在车管所排队的时候，你可以这样打发时间：问问你周围的陌生人，他们会怎么定义时间这个词。不管怎样，作为本书研究的一部分，我一开始就在这么做。你很可能会听到一些很有意思的答案：“时间就是推着我们在生活中永不停步的东西。”“时间就是将过去和未来分开的东西。”“时间就是宇宙的一部分。”如此等等。我最喜欢的答案是：“有了时间我们才能知道事情在什么时候发生。”
所有这些观念都抓住了部分真相。我们也许很难将“时间”的含义形诸文字，但和奥古斯丁一样，我们仍然做到了在日常生活中相当有效地跟时间打交道。大部分人都知道怎么认钟表，怎么估计开车去上班或是冲一杯咖啡要花的时间，还有如何才能大致在约好的时间跟朋友们碰头吃晚饭。就算我们没法脱口说出“时间”究竟是什么意思，在直观层面上其基本含义还是大致不差。
就像最高法院大法官面对淫秽一词时一样，我们看到时间就知道这个词的意思，大部分时候这样也就够了。但时间的某些方面仍然养在深闺。我们真的知道这个词是什么意思吗？
我们说的时间是什么意思
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。
1.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，把这些不同的事例按顺序排列起来（图1）。
图1 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，定义了在时间中延续的世界线
当然，真正的电影不会在其镜头中囊括整个宇宙。因此，电影剪辑通常都涉及“切换”——突然从一个场景或镜头角度跳转到另一个场景或镜头角度。想象有一部电影每一次在两个画面之间的转换都是切换到完全不同的场景，那么在放映时，这部电影就没法看了——屏幕上看起来就会像随机的静电噪声一样。有些法国先锋派电影倒是很可能已经采用了这一技术。
真实的宇宙不是先锋派电影。在时间中我们会经历一定程度的延续性——如果猫现在在你腿上，它可能会怒气冲冲地一走了之，这是你可能面对的危险；但你基本上不用担心过一会儿它会直接非物质化，凭空消失。在微观层面上，这种延续性并非绝对；粒子可以出现和消失，或者至少也可以在合适的条件下转变成别的粒子。但从此刻到下一刻，现实不会全盘重排。
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[3]。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。
将宇宙的完整历史看成全部同时呈现，而不是将宇宙看成一组在持续运动的事物，是把时间看成“有点儿像空间”的第一步，这一点我们在后面的章节中会详述。我们用时间和空间这两个概念来帮助我们定位发生在宇宙中的事情。如果你想跟谁在咖啡厅碰头，或是去看某一场电影，又或是跟别人一起工作，你都得指定一个时间：“那我们就这周四下午六点咖啡厅见吧。”
如果你想跟谁碰面，只指定一个时间当然是远远不够的，你还得指定一个地点。（这会儿我们说的是哪家咖啡厅？）物理学家说，空间是“三维”的。这句话的意思是，我们需要三个数字来选出一个唯一的特定位置。如果这个位置靠近地球，物理学家可能会用经度、纬度以及离地面的高度。如果这个位置从天文学意义上来讲十分遥远，我们可能会用它在天空中的方位（两个数字，与经度和纬度类似），再加上与地球的距离。我们选用哪三个数字并不重要，重要的是我们需要的数字总是正好三个。这三个数字就是这个位置在空间中的坐标。我们可以想着每一点上都附有一个小标签，精确显示着该点的坐标是多少（图2）。
日常生活中我们通常都会省点事儿，把指定空间中所有三个坐标的需求简化一下。如果你说“主街8号的咖啡厅”，就相当于给出了两个坐标：“8号”和“主街”，而且假定我们都知道咖啡厅会在一楼，而不是在楼上或地下室。这种方便来自于，我们在日常生活中用来定位事物的空间实际上大部分都是二维的，局限在地球表面。但原则上，要确定空间中的一点，所有三个坐标都是必需的。
图2 空间中每一点附着的坐标
空间中的点在时间中的每个时刻都会出现一次。如果我们在时间的某个特定时刻在空间中指定一个特定位置，物理学家就会称其为事件。（并不意味着这是个特别的、激动人心的事件；空无一物的空间中任何随机的地点在任意特定的时刻都可以称为事件，只要是唯一指定的。）我们叫作“宇宙”的玩意，只不过是所有事件的集合——空间中的每一点，时间中的每一时刻。这样我们就需要四个数字才能唯一指定一个事件：三个坐标给空间，还有一个给时间。这就是为什么我们会说宇宙是四维的。这个概念很有用，因此我们准备时常这么看待整个集合，将时间中的每个时刻下空间中的每一个点，一起看成单一的实体，并称之为时空。
这是概念上的极大飞跃，因此值得停下脚步，好好领会一下。我们自然而然地会将世界看成是一直在变的三维的聚合体（“一次又一次发生，每一次都稍有不同”）。现在我们的建议是，我们可以把这一切，这整个世界的完整历史，看成是一个四维的事物，其中多出来的那个维度就是时间。这样讲的话，时间起的作用就是将四维的宇宙切成空间在每个时刻的副本——处于2010年1月20日上午十点的整个宇宙；处于2010年1月20日上午十点零一分的整个宇宙；如此等等。这样的切片有无数个，合在一起就组成了宇宙。
2.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[4]。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3600秒，而每秒有32768次振动。[5]）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。
所以如果我们说什么时钟很好用，意思就是跟别的好用的时钟一样，它也以可以预测的方式重复自身。这样的时钟确实存在，这是宇宙中的客观事实，我们也值得为此额手称庆。特别是在微观层面，一切都只跟量子力学的法则以及单个基本粒子的特征（质量、带电量）有关，我们会发现原子和分子在以绝对可预测的频率振动，这就形成了一大批精确的时钟在齐步走，其同步性令人笑逐颜开。哪个宇宙要是没有好用的时钟——没有哪个进程相对于别的重复进程以可预测的次数重复自身——确实会是个可怕的宇宙[6]（图3）。
图3 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
不过，好用的时钟可没那么容易找到。传统的计时方法往往涉及天体——太阳或是天空中恒星的位置——因为地球上的事物往往会乱成一团，不可预知。1581年，年轻的伽利略·伽利莱（Galileo Galilei）据说在比萨的教堂百无聊赖地参加礼拜时发现了一个石破天惊的大秘密。头顶的枝形吊灯会轻轻地来回摆动，不过如果摆动的幅度比较大（比如在一阵风过后），摆动好像就会更快一些；幅度没有那么大的话，摆动就会慢一些。伽利略被迷住了，决心量一下每次摆动要多长时间，用的是他有机会利用的唯一大致呈周期性的事件：他自己的脉搏。他的发现很有意思：无论枝形吊灯的摆动幅度是大是小，在两次摆动之间脉搏跳动的次数都大致相同。振幅的大小——摆锤来回摆动了多远——不影响这些摆动的频率。这不是比萨教堂里的吊灯才有的现象，而是摆锤摆动的固有性质，物理学家称之为“简谐振动”。这也是为什么钟摆成了老爷钟和其他计时设备的核心部件：钟摆的振动极为可靠。从石英振动到原子共振，更加可靠的振动形式已不断应用到时钟制造工艺中。
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117964800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[7]。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。
我们对时间的流逝赋予了什么意义，现在终于有一个精心打磨过的理解了。有了这种理解，至少可以回答一个大问题：如果整个宇宙的时间都慢下来，会发生什么？答案是，这个问题本身就不该问。相对于什么慢下来呢？如果时间就是钟表测量的对象，那么每个钟表都以同样速度“慢下来”的话，肯定不会有任何影响。报告时间跟同步重复有关，只要某个振动相对于别的某个振动的比率还是一样，那就万事大吉。
身为人类，我们能感觉到时间流逝。这是因为在我们自身的新陈代谢中，就有周期性进程在发生——呼吸、心跳、电脉冲、消化、中枢神经系统的节律，等等。我们自身就是时钟的集合，纷繁复杂，相互关联。但我们中枢神经系统的节律不像钟摆或石英水晶那么靠得住，会受到外部环境或自身情感状态的影响，导致时间过得更快了或更慢了的印象。但也有真正可靠的时钟在我们体内滴答作响——分子振动、个别化学反应等——不会跟平常比起来走得更快或更慢些[8]。
但是如果某个我们本来以为是“好时钟”的特定物理进程，突然之间不再同步了——也就是说跟其他所有时钟相比，有个时钟变慢或者变快了，那又会怎样？这种情况下，合情合理的反应应该是归咎于那台特定的时钟，而不是忙着诋毁时间本身。不过要是我们稍稍延伸一下，就可以想象有一组特殊的时钟集合（包括分子振动和其他周期性进程）一起发生了改变，但跟世界上剩下的其他事物都不相干。这样我们就得问问，说时间流逝的速度在这个集合中真的已经变了到底是否合适。
考虑一个极端的例子。尼科尔森·贝克（Nicholson Baker）的小说《延音》（The Fermata）写了一个名叫阿尔诺·斯特里尼（Arno Strine）的男人，能让“时间停止”。（通常他都把这种超能力用于四处去脱女人的衣服。）如果所有地方的时间都停了下来不会有什么意义，重点在于阿尔诺自己的时间还是在流逝，只是他周围的所有东西都停下来了。我们都知道这不是真的，不过想想它究竟怎样无视了物理定律还是会带来一些启发。这种令时间停止的方式势必要求在阿尔诺体内的所有运动、节律都一仍其旧，同时外界的所有运动和节律全都要绝对静止。当然我们也得想象，阿尔诺身体里的气体和液体全都可以流动，否则他马上就得一命呜呼。但如果房间里剩下的空气全都真的在时间中停止了，每一个分子都要保持在自己的位置上，不差分毫，那么阿尔诺就会被严格静止的空气分子禁锢，动弹不得。好吧，我们就大方一点，假设对足够靠近阿尔诺皮肤的所有空气分子来说，时间还是正常流动的。（该书也暗含了类似的假定。）但根据假设，外部的所有东西都不会有任何变化。特别是，也不会有声音或光线能从外界抵达阿尔诺，他会完全聋掉、瞎掉。对偷窥狂魔来说，这可说不上是如鱼得水的环境。[9]
尽管有这么多物理上和叙述上的障碍，但如果像这样的事情还是有可能发生的话会怎样呢？就算我们没办法让我们周围的时间停止，也许还是可以想象一下让局部地方的一些时钟加速运转。如果我们真的是通过同步重复测量时间，并能准备一组跟外界比起来运行得更快的时钟，同时这组时钟内部彼此都还是能保持同步；那么这不就是说在这种安排下“时间跑得更快了”？
这也得两说。我们已经远远离开了真实世界中真正有可能发生的事情，所以得先设立一些规则。我们三生有幸，能生活在一个时钟非常可靠的宇宙中。要是没有这些时钟，我们就没办法用时间来测量事件之间的间隔了。在《延音》的世界中，我们可以说时间对阿尔诺·斯特里尼以外的宇宙来说慢下来了，或者这样说也是等价的，甚至可能更有用，就是时间对他来讲加速了，而余下的世界一仍其旧。但同样，我们还可以说“时间”完全没受影响，发生变化的是在阿尔诺影响范围内的粒子的物理定律（质量、不同粒子的带电量等）。“时间”这样的概念并不是由外界清清楚楚交到我们手上的，而是由人类自己发明，用来尝试理解宇宙的。如果宇宙变得非常不一样了，我们理解它的方式恐怕也得极为不同。
同时，这儿有一个能让一组时钟测出来的时间彼此不同的真实方法：让这些时钟在时空中以不同的路径移动。这跟我们声称的“好时钟”应当以相同方式测量时间完全一致，因为除了把两个时钟在空间中紧挨着放一块儿，没有别的办法能轻而易举地比较两者的时间。沿着两个不同轨迹行进，时间流逝总量可能会有所不同，但并不会带来任何矛盾。不过这倒确实带来了很重要的东西：相对论。
通过同步重复的奇迹，时间不只是简单地将宇宙历史上的不同时刻排了个序，还能告诉我们这些时刻（在时间上）“相距多远”。我们不只是可以说“1776年比2010年早”，我们还可以说“1776年比2010年早234年”。
我得强调一下，“将宇宙分为不同的时刻”和“测量事件之间的间隔”之间有重大区别，这个区别到我们有了相对论的时候就会变得至关重要。想象一下，假设你是一位踌躇满志的时间（temporal）[10]工程师，并不满足于只是让自己的手表能精确计时，还想对时空中其他任何事件都处于什么时间也同样了如指掌。你也许想知道，我们就不能（假设说）制作无数个时钟，使之同步为相同的时间，再将这些时钟分散到整个空间，从而在整个宇宙中构造一个时间坐标出来吗？这样的话，无论我们到了时空中的什么地方，那儿都会有一座时钟告诉我们现在是什么时间，这不就毕其功于一役了嘛。
我们会看到，真实世界不会允许我们构造一个遍布全宇宙的时间坐标。很长时间里人们都以为肯定能做到，就连艾萨克·牛顿爵士（Sir Isaac Newton）那样的权威人士都这样认为。在牛顿对宇宙的看法中，有一种特殊的正确方法，可以将宇宙切成“处于时间中某特定时刻的空间”的切片。而我们也确实可以（至少从思想实验的角度看是如此）将时钟送往全宇宙的各个角落，建立起时间坐标，从而当某个特定事件发生时能唯一确定其时间。
但是到了1905年，爱因斯坦带着他的狭义相对论出现了[11]。狭义相对论最核心的概念性突破是，我们关于时间的两个方面，“时间标记不同的时刻”和“时间是时钟测量的对象”并不等价，更加不可能互换。特别是，将时钟送到宇宙各个角落以建造时间坐标的方案无法奏效：离开同一事件又抵达同一事件的两个时钟，如果途中采用了不同的路径，通常就会在旅途中经历不同的间隔，并失去同步。这不是因为我们在选择“好时钟”的时候不够仔细，上面我们已经明确了这一点；而是因为，沿着连接时空中两个事件的两条轨迹，流逝的时间可以不同。
只要我们开始想“时间就有点儿像空间一样”，上述想法就不那么出乎意料了。考虑一个类似的说法，但是是对空间而不是时间：沿着连接空间中两点的两条路径行进，距离可以不同。听起来一点儿都不意外，对吧？我们当然可以用不同长度的路径连接起空间中的两点，其一可以是直的，另一条可以是弯的，我们也总会发现沿着弯曲路径行进的距离会更长一些。但无论我们是以什么方式从一点到另一点，两点之间坐标的变化总是一样的。显然很容易理解，这是因为你行进的距离跟你坐标的变化并不一样。想象一个橄榄球跑卫为了躲避拦截队员在球场上来回跑动，最终从30码（1码=0.9144米）线前进到了80码线（实际上应该是“对方的20码线”，但我这样说更容易抓住要点）。那么无论他跑过的总距离是长还是短，坐标的变化都是50码（图4）。
图4 橄榄球场上，分码线就起着坐标的作用。跑卫带球从30码线出发前进到80码线，就算他跑过的距离远远超过50码，其坐标变化仍然是50码
狭义相对论的核心就是认识到时间是这个样子。我们的第二个定义，即时间就是时钟所测量的间隔，可以类比为空间中一条路径的总长度；时钟本身可以类比为里程表或是别的用来测量行进总距离的仪器。这个定义跟标记时空不同切片的坐标（可以类比为橄榄球场上的分码线）这一概念相比，根本就不是一回事。这种区别也不是什么可以通过造出更好的时钟，或在穿过时空时选择更好的路径就能“解决”的技术问题，这是宇宙运作方式的特性，我们只能学着与之共处。
时间和空间在很多方面都有相似之处，这很有意思也很深奥。不过要是说二者同样也有至关重要的差别，你应该不会觉得太意外。这些差别中有两点是相对论的核心要素。首先，空间有三个维度，而时间只有一个；你可能也猜到了，这一基本事实对物理学有深远影响。其次，空间中两点之间的直线描述的是最短距离，时空中两个事件之间的直线轨迹描述的却是最长的间隔。
但是时间和空间之间最明显、最直白、最不会弄错的区别是，时间有方向，而空间没有。时间从过去指向将来，而空间中（在太空中，远离地球等局部干扰）的所有方向都是等价的。我们可以倒转空间的方向而不对物理学产生任何影响，但所有真实的进程都只能在时间的一个方向上发生，不能换一个方向。我们现在就来看看这个关键区别。
3.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”。[12]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——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。
我们没法真的站在宇宙之外。宇宙（就我们所知）并不是安放在更大的空间中的什么物品；宇宙是所有存在的东西（包括时间和空间）的完整集合。因此，我们并不是真的想知道从宇宙之外的视角来看宇宙会是什么样子，这样的视角压根儿不存在，我们只是想把整个时间和空间作为单一的整体来把握。哲学家休·普赖斯（Huw Price）称之为“超脱时间的视角”，也就是与时间中任何特定时刻都无关的视角[13]。我们都对时间太熟悉了，每日每夜的日常生活都要跟时间打交道。但我们不得不把自己放在时间当中，如果能将全部时间和空间放在一起来考虑就会大有裨益。
那么从超脱时间的视角看下来，我们能看见什么？我们看不到任何随着时间变化的东西，因为我们自身就在时间之外。相反，我们会一下子看见所有历史——过去，现在和将来。就好像把空间和时间看成是一本书，原则上我们可以打开到随便哪个段落，甚至还可以把全部书页拆散，在我们面前摊开，而不是像一部电影那样，只能被迫观看按特定时间排好的事件序列。我们也可以根据库尔特·冯内古特（Kurt Vonnegut）的小说《五号屠场》中外星人的名字称之为541号大众星人视角[14]。小说主人公比利·皮尔格里姆（Billy Pilgrim）的说法是：
从541号大众星人高高在上的、无视时间的视角出发，我们如何才能重建我们对流动时间的传统理解呢？我们看到的都是按顺序排好的相关事件。这儿有个时钟指着6点45分，还有个人站在他家厨房，一只手端着一杯水，另一只手拿着冰块。另一个场景中，时钟指着6点46分，这个人还是端着一杯水，但这回冰块在杯子里。还有一个场景则是，时钟指着6点50分，这个人端着一杯稍微凉一些的水，冰块则已经化了。
哲学文献有时候会把这种视角叫作“模块时间”或“模块宇宙”，把所有的时间和空间都看成是时空中存在的一个个模块。对我们当前的目标来说，重要的是我们可以用这种方式思考时间。我们不用在我们思想的最深处埋下时间是一种物质的印象，想着时间在我们身边流动或是我们在时间中移动；我们可以想出相关事件排好的一个序列，所有序列放在一起就构成了整个宇宙。这样一来，时间就是我们从这些事件的相关性出发重构出来的东西。“这个冰块在十分钟内融化了”就等于“跟冰块放到水杯里时相比，时钟的读数在冰块全部融化时要晚十分钟”。我们并不是在保证什么戏剧性的概念化立场，从而觉得想象我们自己嵌在时间当中是错误的；只不过是如果我们绕过去看为什么时间和宇宙是以这样的方式存在，如果我们能抽身而出从超脱时间的视角来审视整个事态，就会发现这种视角要有用得多。
当然会有不同意见。很久以来人们为破解时间之谜前赴后继，什么是“真实”、什么才“有用”就已经够争讼千年了。在时间的本质方面最有影响力的思想家之一是奥古斯丁，公元5世纪的北非神学家、教父。奥古斯丁最著名的事迹可能是发展了原罪原则，但是他涉猎广泛、博学慎思，偶尔也会染指形而上学问题。其著作《沉思录》第11卷探讨了时间的本质：
奥古斯丁不喜欢模块宇宙这回事。他就是那种所谓的“当下论者”，认为只有当下是真实的——过去和将来都只是我们身处当下时意图用我们可以得到的数据和知识来重构的对象。另一方面，我们描述过的那种观点就（顺理成章地）成了所谓的“永恒论”，坚持认为过去、现在和将来都同样真实。[17]
对于永恒论与当下论之争，典型的物理学家会说：“谁稀罕哪？”也许出人意料，但物理学家对某种概念究竟“真实”与否的裁决确实没有那么在乎。他们非常关心真实世界如何运转，但对他们来说问题在于要构建全面的理论模型并与经验数据相比较。重点并不在于每个模型（“过去”“未来”“时间”）的个别概念特征，而在于作为整体的结构。实际上，结果往往证明，一种特殊模型可以用两种完全不同的方式描述，用的也是两套完全不同的概念。[18]
因此，作为科学家，我们的目标是建构关于现实的模型，成功解释所有这些不同的时间概念——时间由钟表测量，时间是时空中的坐标，及我们认为时间在流动的主观感受。前面两点，实际上根据爱因斯坦的相对论已经理解得很到位了，在本书第二部分我们将介绍这些内容。但第三点还有些神秘。我之所以一直在絮叨站在时间之外将整个宇宙看成单一实体的想法，是因为我们必须将时间本身内在的观念与我们从着眼于当下的狭隘视角出发经历的对时间的看法区分开。摆在我们面前的挑战，就是调和这两种看法。