“舉頭望明月”,你所望見的月亮是否“天涯共此時”?
2019年09月12日16:32

原標題:“舉頭望明月”,你所望見的月亮是否“天涯共此時”?

明天就是中秋節了。望著月亮,不知曾經你有沒有想像過,在那個神話裡,月亮上的“嫦娥”此時此刻在做什麼?被你望,會不會也在望著你?所謂“天涯共此時”,你有沒有想過,這隻是因為,我們使用了全球統一的鍾表計時而已?我們是在同步等待中秋節到來嗎?

撰文 | 卡洛·羅韋利

整合 | 羅東

時間總是在不經意間流逝,明天就是中秋節了。今天是節前最後一個工作日,你在哪裡?打算如何度過這個節日?

中秋月圓,有團圓之意,象徵著和和美美。

而月有陰晴圓缺,不同時刻,形狀不同,人們賦予它的解讀也不同,而月圓顯得尤其特別。望著它,我們基本上就知道到了“中旬”。只是近代以來,日曆和鍾表是統一的時間計算工具,我們反而看著它們來判斷何時月缺月圓。

望著月亮,不知曾經你有沒有想像過,在那個神話裡,月亮上的“嫦娥”此時此刻在做什麼?被你望,會不會也在望著你?

如今,你或許在外地讀書、工作,和家人天各一方,要借助電話或微信聽見彼此、看見彼此,開頭難免就是一句問候,“在做什麼呢?”“吃飯了嗎?”,問的也是此時此刻。

等等。“嫦娥”、“爸爸媽媽”的此時此刻,是你的此時此刻嗎?我們假設彼此時間是一樣的,一樣的進度,一樣的速度,而當彼此一旦對話所處的時間也完全一致。可是,你有沒有想過,這隻是因為,我們使用了全球統一的鍾表計時而已?我們感歎時間快,又到中秋節了,而我們進入中秋節的時間是否相同?

你可能覺得不可思議。更不可思議的是,我們所認為的時間很可能並不存在完全一致的流逝速度,過去、現在、未來在時間上也無差別,“此時此刻”也不存在。

書評君今天要談的便是“時間”了。“時間”一度是門顯學,它令人著迷,產生了大量的讀物和解讀,有的也故弄玄虛。意大利物理學家卡洛·羅韋利在《時間的秩序》一書中將近代以來關於“時間”的物理學探索做了一番學理和通識兼具的梳理,簡單明了。

《時間的秩序》,作者:(意)卡洛·羅韋利,譯者: 楊光,版本:博集天卷·湖南科學技術出版社 2019年6月。

咦,你那兒緯度多少、海拔多少,我們是在同步等待中秋節到來嗎?在此天馬行空般地思考“時間”,也是別有一番滋味了。

統一性的消失

“時間流逝在山上比在海平面快”

讓我們從一個簡單的事實開始:時間的流逝在山上要比在海平面快。

這一差別非常小,但可以用精密的計時器測量出來。經過練習,任何人都能觀察到時間的延緩。使用專業實驗室里的計時器,即使海拔只相差幾釐米,也可以觀測到時間的延緩:放在地板上走得要比桌上稍微慢一點。

變慢的不只是鍾表,在較低的位置,所有進程都變慢了。兩個好朋友分別後,一個在平原生活,另一個住進山裡。幾年之後他們再見面,在平原上生活的這位度過的時間更少,變老得更慢,他的布穀鳥報時鍾的機械裝置振動的次數更少。他可以用來做事的時間更少,他種的植物長得更慢,思緒得以展開的時間更少……時間在較低位置比較高位置要少。

這讓人感到驚訝嗎?也許吧。但世界運行的方式就是如此。在一些地方,時間流逝得慢一些,在另一些地方則快一 些。

鍾表統一時間。動畫短片《鍾表的故事》(Tick Tock Tale 2010)畫面。

也許真正令人驚歎的地方在於,在我們有足夠精密的鍾表來測量時間延緩之前的一個世紀,就有人瞭解了這一切。這個人的名字,當然就是阿爾伯特·愛因斯坦。

在鍾表的發展精確到足以測量出時間以不同速度流逝之前,愛因斯坦就意識到,時間在不同地方的流逝是不均勻的。

阿爾伯特·愛因斯坦(Albert Einstein,1879年3月14日—1955年4月18日)

愛因斯坦問了自己一個問題,在我們學習引力時,這一問題也許同樣困擾過我們:太陽與地球沒有相互接觸,它們之間也沒有任何東西可借助,那麼它們是怎樣相互“吸引”的呢?

他找到了一個合理的解釋,猜想太陽和地球並沒有直接相互吸引,而是分別對它們之間的事物產生作用。既然在它們之間存在的只有空間與時間,他猜想太陽和地球都改造了周圍的空間和時間,就像一個物體浸入水中會把周圍的水排開。對時間結構的改造進而影響了物體的運動,使得它們“落”向彼此。

“時間結構的改造”是什麼意思呢?它指的就是上文提到的時間的延緩:物體會使它周圍的時間變慢。地球是個龐然大物,會使其附近的時間變慢。這種效應在平原處更明顯,在山上要弱一些,因為平原更近。這就是在海平面高度居住的人衰老得慢一些的原因。

物體下落就是由於這一時間的延緩。在時間流逝一致的地方,比如星際空間,物體不會下落,它們會浮在空間中。而在我們的星球表面,物體會自然傾向於向時間流逝更慢的地方運動,就像當我們從沙灘往大海奔跑時,腿上水的阻力會讓我們向前方跌進海浪里一樣。物體會下落,是由於在較低的位置,時間被地球減慢了。

科幻電影《時間規劃局》(In Time 2011)將劇情設為時間不再統一流動,而是人類可以隨心所欲操控時間,改寫年齡。

因此,即便我們無法輕易觀測到,時間的延緩仍然有著極其重要的影響:物體下落源於此,因此我們才可以堅實地站在地面上。如果我們的雙腳可以牢牢地站在地面上,那是因為我們的身體自然傾向於待在時間流逝更慢的地方——並且與你的頭部相比,你腳部的時間流逝得更慢。

那麼,在物理實驗室中,桌上的表和地上的表以不同的速度運轉,我們要以哪只表為準?這個問題是沒有意義的,不存在更真實的時間。存在的是兩個時間,相對於彼此在變化。沒有哪一個比另一個更真實。

單一量“時間”消融於時間之網中。我們並不描述世界在時間中演化的方式:我們描述的是事物在當地時間中演化的方式,以及當地時間相對於彼此如何演化。世界並不像一個指揮官指揮著一個排的士兵同時前進,它是一個由彼此影響的事件組成的網絡。在不同地方,它有著不同的節奏,在此處與在彼處的流逝並不相同。這個世界的事物交織在一起,以不同的韻律舞蹈。如果世界是由舞蹈的濕婆支撐著,那一定有一萬個這樣舞蹈的濕婆。

方向的消失

“過去與未來的區別並不實在”

關於時間,有另一個更為重要的方面:它的路徑,它的流動,里爾克《杜伊諾哀歌》第一首中那永恒的激流:“永恒的激流始終席捲著一切在者,穿越兩個領域,並在其間湮沒它們。”

過去與未來有別。原因先於結果。先有傷口,後有疼痛,而非反之。杯子碎成千片,而這些碎片不會重新組成杯子。我們無法改變過去,我們會有遺憾、懊悔、回憶。而未來是不確定、慾望、擔憂、開放的空間,也許是命運。我們可以向未來而活,塑造它,因為它還不存在。一切都還有可能……時間不是一條雙向的線,而是有著不同兩端的箭頭。

對我們影響最大的是時間的這一特徵,而非其流逝的速度。這是關於時間最基本的一件事。時間之謎在於我們可以感知到的脈搏的跳動,在於內心深處的記憶之謎,以及對未來的擔憂。

在科幻電影《土撥鼠之日》(Groundhog Day 1993)中,主人公每天醒來是同一天,昨天、今天和明天的界限不複存在。

19世紀伊始,蒸汽機利用火推動機器運轉,進而開始改變世界。1824年,熱力學的創始人之一薩迪·卡諾寫了一本小冊子,標題很吸引人,叫《論火的動力》,試圖闡明這些機器運轉的理論基礎。這本短小的專著中包含一些錯誤的假設,這其中包含一個關鍵性的概念:歸根結底,蒸汽機的運轉是由於熱量從高溫物體傳到低溫物體。

薩迪的小冊子傳到了一位目光如炬、嚴格苛刻的普魯士教授手裡,這位教授的名字是魯道夫·克勞修斯。他在緊要關頭抓住了問題的根本,闡述了一條註定留名的定律:不可能把熱量從低溫物體傳到高溫物體而不引起其他變化。

此處的關鍵點在於其與物體下落時的區別,例如,一個球可能會下落,但它也會反彈回來,熱量則不然。

這是唯一一條能夠把過去與未來區分開的物理定律。

時間與熱量的聯繫是根本性的:每當過去與未來的差別顯現,都會有熱量參與其中。如果一個過程倒過來看很荒謬,那麼一定有東西被加熱了。

如果一段影片中有一隻球在滾動,我無法分辨影片是正常放映還是在倒放。但是如果球停了下來,我就知道是正著播放的。倒放的話,這就是不可能發生的事:球自己動起來了。球減速到最終靜止下來,是由於摩擦,摩擦生熱。只有在有熱量的地方,才會有過去與未來的差別。例如念頭,從過去延展至未來,而非反之——實際上,思考也會在我們的大腦中產生熱量。

而這位普魯士教授克勞修斯引入了一個量,來量度熱量的單向不可逆過程。他用了古希臘語“熵”為之命名。

克勞修斯在這一頁首次引入了“熵”的概念和用法。

揭示它的重任落在了一個不幸卻富有魅力的奧地利人身上,他是一個鍾表匠的孫子,一個悲情又浪漫的人物——路德維希·玻爾茲曼。玻爾茲曼在理解世界的基本原理的過程中,把我們帶入了最令人困惑的探究。

熱振動就像在不停地洗一副牌:如果牌是按順序排列的,洗牌的過程就會把順序打亂。這樣,通過洗牌——借助萬物自發的無序化,熱量就從高溫物體傳向了低溫物體,而非反之。熵的增加只不過是普遍又常見的無序的自然增長。

如果我們觀測一個現象,它在開始時處於熵較低的狀態,那麼它的熵會增加的原因很明顯——在洗牌的過程中,一切都變得無序了。

如果一副牌的前二十六張都是紅色的,後二十六張都是黑色的,我們就把這些牌的排列稱為“特殊的”“有序的”。洗牌之後,順序就消失了。最初有序的排列就是“低熵”的排列。

但是請注意,如果我們觀察的是牌的顏色——紅或黑,那麼它是很特殊的,因為我們正把注意力放在牌的顏色上。如果前二十六張牌都是紅桃和黑桃,那麼這種排列也很特殊。或者都是奇數,或者是這副牌里最褶皺的二十六張,又或者是與三天前完全相同的二十六張牌……或者它們有其他共同點。

仔細思考,如果我們觀察其全部細節的話,每一種排列都是特殊的,每一種排列都是獨一無二的,因為每一種排列都有其獨特的一面。

只有當我把目光聚焦於牌的特定方面時,“某些排列比另一些更特殊”的概念才有意義。如果我們從各個方面對牌進行區分,那所有排列就都是等價的:沒有哪個比其他的更特殊。只有當我們以一種模糊與近似的方式看待宇宙的時候,“特殊性”的概念才會出現。

玻爾茲曼說明了“熵”之所以會存在,是因為我們以一種模糊的方式描述世界。他證明了熵就是我們模糊的視野無法區分的不同排列的數量。熱量、熵、過去的低熵都是近似地、統計性地對自然進行描述的概念。過去與未來的區別與這種模糊有深刻的聯繫。如果我去觀測事物的微觀狀態,那麼過去與未來的區別就會消失。

英國物理學家史蒂芬·霍金的暢銷書《時間簡史》中譯本不同版次封面(出版社:湖南科學技術出版社)。《時間簡史》一度在物理學外掀起“時間熱”。

“現在”即空無

“在我看來,

這是當代物理學最令人震驚的結論。”

在遙遠的地方,“現在”正發生些什麼呢?比如說,假設你姐姐去了比鄰星b——這顆目前發現的距離我們大約四光年的行星,那她“現在”正在比鄰星b上做什麼呢?

唯一正確的答案是,這個問題沒有意義。就好像我們身處威尼斯,卻問:“這裏是北京的哪裡?”這樣問沒有意義,因為如果在威尼斯我用“這裏”這個詞,我指的是威尼斯的某處,不在北京。

比鄰星(毗鄰星,Proxima Centauri),離太陽系最近的一顆恒星。

如果你姐姐在房間里,你想知道現在她在做什麼,答案通常很簡單:你看看她就知道了。如果她離得很遠,你可以給她打個電話問問。但請注意:如果你看到姐姐,你接收到了從她那裡傳到你眼裡的光線——光需要花些時間到你這裏,比如說幾納秒——一秒的很小一部分,那麼,你並沒有看到她現在在做什麼,而是看到了她幾納秒以前在做什麼。

如果她在紐約,你從利物浦打電話給她,她的聲音要花幾毫秒到你這兒,所以你最多能知道的是你姐姐幾毫秒以前在做什麼。不過這也許並沒有很明顯的區別。

然而,如果你姐姐在比鄰星b上,光從那裡到你這兒要花四年。因此,如果你從望遠鏡裡看到她,或者從她那兒收到無線電信號,你得知的是她四年前在做的事,而不是她現在正在做什麼。比鄰星b的現在顯然不是你通過望遠鏡看到的,或是通過無線電聽到的。

也許你會說,你姐姐現在做的,是從你透過望遠鏡看到她的時刻起,四年之後將要做的?但並非如此,這也行不通:在你透過望遠鏡看到她的四年後,在她的時間里,她也許已經返回地球,並且是在未來的十個地球年以後了(是的,這的確可能!)。可是,現在不可能在未來。

也許我們可以這樣做:如果十年以前,你姐姐就動身前往比鄰星 b,並隨身帶著日曆來記錄時間的流逝,那我們可以說,現在對她而言,是她記錄下的十年過去了的時刻嗎?不行,這也行不通:也許當她回到此處時,相對於她的時間過了十年,而相對於此處的時間卻過了二十年。那麼在比鄰星b上,現在到底是何時呢?

事情的真相是,我們需要放棄問這個問題。

在不同地方尋找同一時刻的人。圖為國內真人秀節目《世界上的另一個我·歐洲季》(愛奇藝,2016)畫面。

在比鄰星b上,並不存在一個特定的時刻,與此時此地的當下相對應。在我看來,這是當代物理學得到過的最令人震驚的結論。

去問你姐姐在比鄰星b上的哪個時刻與現在相對應,是沒有意義的。就像問哪支足球隊贏得了籃球比賽冠軍,一隻燕子賺了多少錢,或是一個音符有多重。這些都是沒有意義的問題,因為足球隊踢足球,不打籃球;燕子不會忙著賺錢;聲音也無法稱重。“籃球冠軍”指的是籃球隊,而非足球隊。收入只涉及人類社會,而非燕子。“當下”的概念涉及與我們鄰近的事物,而非遠處。

我們的“當下”不會延伸到整個宇宙,它就像我們周圍的一個氣泡。

這個氣泡可以延伸到多遠呢?取決於我們限定時間的精確程度。如果用納秒,“現在”的定義僅有幾米;如果用毫秒,那就有幾千公里。作為人類,我們對幾十分之一秒都很難分辨出來,我們可以把整個星球都看作同一個氣泡,在談及現在時,可以認為對我們而言這是同一個瞬間。這就是我們可以做出的最大限度的近似。

“非線性的時間”成為許多帶有科幻色彩電影的必拍元素。

存在著我們的過去:在現在所見之前發生的事件。存在著我們的未來:在此時此地我們所見之後會發生的事件。在過去與未來之間,還存在著一個時間段,它既非過去,亦非將來,有一定的長度:火星上是十五分鍾;比鄰星b上是八年;仙女座星系中有數百萬年。這就是延展的現在,也許是愛因斯坦最偉大最奇特的發現。

認為有個定義清晰的“現在”遍存於整個宇宙的觀念是個幻覺,是我們根據自身經驗做出的不合理的推斷。

這就像彩虹觸碰到森林的那處交界點。我們認為可以看到它,但走過去尋找時,它卻不在那兒。

在行星之間的空間里,如果我要問“這兩塊石頭高度相同嗎”,正確的回答應該是:這個問題沒有意義,因為在整個宇宙中並沒有關於“相同高度”的統一概念。如果有兩個事件,分別發生在地球和比鄰星b上,我問這兩個事件是否發生在“同一時刻”,正確答案應該是:這個問題沒有意義,因為在宇宙中並不存在可以定義的“相同時刻”。

本文經博集天卷·湖南科學技術出版社授權整合自《時間的秩序》第一部分第1、2、3節。標題為編者所加,較原文內容有刪節及調整。

整理 | 羅東

編輯 | 羅東

、李陽

校對 | 薛京寧

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