公元5世紀，羅馬帝國神學家奧古斯丁寫過一本《懺悔錄》。他在書中指出，討論宇宙誕生之前沒有意義，因為在宇宙誕生之時才有時間，所以不存在所謂的“之前”。這本1600多年前的書中的觀點在字面意思上似乎與現代大爆炸宇宙學的觀點不謀而合。

大爆炸是時空的起點，這是現代宇宙學的主流觀點，也是我們在大部分科普書中讀到的內容。但是，加州理工學院教授肖恩·卡羅爾 （Sean Michael Carroll）并不認為這已成定論。他認為很有可能時空在大爆炸之前已經存在，我們叫作大爆炸的這個節點，只是從一個階段到另一個階段的一種過渡。

卡羅爾在自己的作品《從永恒到此刻：追尋時間的終極奧秘》（From Eternity to Here：The Quest for the Ultimate Theory of Time）中詳細論證了以上看法。他寫這本書意在從生活中最平常的現象入手，引導我們了解宇宙中最大的謎團之一并羅列出可能的答案。在以下的這段文字中，我們就能看到如果深究的話，“時間”這樣一個司空見慣的概念會有多么深刻而復雜的意義。

這個世界不會把抽象概念包裝妥當打上漂亮的蝴蝶結再拱手送給我們，以便我們盡力理解并與其他概念相協調。相反，這個世界只是將現象、事物呈現給我們，我們可以觀察、記錄，也必須由此盡力推導出概念，以幫助我們理解那些現象怎么與我們別的經驗掛鉤。對于很微妙的概念比如說熵，這個模式非常清楚。你不會在大街上走著走著就撞見一堆熵，你得觀察自然界中不同的現象，分辨出一種模式，并覺得最好將這種模式看成一個新的概念，而你管這種新概念叫作“熵”。武裝上這種有用的新概念之后，你就可以觀察更多現象，并受到啟發去改進、提高你關于熵究竟是什么的原始想法。

對于像“時間”這么原始又這么不可或缺的概念，是我們發明了這一概念而非宇宙將其拱手送給我們，這一事實就沒有那么顯而易見了——時間是我們真的不知道離了它還怎么活的一種東西。不過，科學（以及哲學）的任務之一，就是吸取我們對類似“時間”這樣的基本概念的直觀理解，并使其變得縝密。這一路上我們的發現就是, 我們從未以單一的、毫不含糊的方式用過這個詞。這個詞有不同的含義，每一種含義都應該單獨得到詳細闡釋。

時間在三個不同的方面起作用，這三個方面對我們來說全都至關重要。

（1）時間標記了宇宙中的時刻。時間是一種坐標，可以幫助我們定位事物。

（2）時間度量事件之間的間隔。時間是時鐘測量的對象。

（3）時間是我們移動的媒介。時間是變化的動因。我們穿過時間，同樣也可以說時間流過我們身邊，從過去，跨越現在，抵達將來。

乍一看會覺得這幾條好像全都有點兒類似。時間標記時刻，時間度量間隔，時間從過去移動到將來——確實，沒有什么事情會跟上面任何一條發生沖突。但是如果我們挖掘得再深一點，就會看到這些想法并不需要彼此相關——它們代表了在邏輯上各自獨立的概念，只不過恰好在我們的現實世界中緊密交織。為什么會這樣？答案比科學家能想到的更重要。

01

時間標記了宇宙中的時刻

約翰·阿奇博爾德·惠勒（John Archibald Wheeler）是美國一位頗具影響力的物理學家，就是他發明了黑洞這個詞。有一次有人問他，他會怎么定義“時間”。沉吟片刻之后，他答道：“時間是大自然用來避免所有事情同時發生的手段。”

這句話里有大量真相，蘊含的智慧也不止一星半點。通常我們想到世界時——不是像科學家或哲學家那樣去想，而是像普通過日子的人那樣去想——我們喜歡將“世界”理解為事物的集合，這些事物分布在各種各樣的地方。物理學家將所有這些地方合在一起，總其名曰“空間”。他們對空間中存在的各種事物也有不同的思考方式：原子、基本粒子、量子場，看是在什么語境下討論，但基本思想都是一樣的。你坐在房間里，周圍有幾件家具，幾本書，可能還有吃的或是別的人，當然也會有空氣分子——所有這些事物，從你身邊一直到遙遠的星際空間的每一個角落，合在一塊兒就是“世界”。

而這個世界在變。我們會發現物品處于某種特定的排列，也會發現這些物品處于別的排列。（不提及時間概念的話，在這種情形下要造出一個說得通的句子可真難。）但我們并非“同步”或者說“同時”看見這些不同的布局。我們看到一種布局：你坐在沙發上，貓坐在你腿上；隨后我們看到另一種布局：貓從你腿上跳下來，因為你專注于讀書沒有注意到它，它覺得很煩。因此，世界一次又一次出現在我們面前，呈現出各種各樣的布局，而這些布局彼此都有些不同。好在我們可以給這些不同的布局做標記，明確區分出哪個是哪個——貓小姐“現在”走開了；它“剛才”在你腿上。這個標記就是時間。

所以世界是存在的，更重要的是，世界還一次又一次發生。從這個意義上講，世界就像電影膠片的不同畫面，這部電影的攝像機捕捉到的是整個宇宙。（當然，就我們所知，畫面的數量是無限的，畫面之間有微乎其微的區別。）但是，電影當然不僅僅是一堆單獨的畫面。這些畫面最好排成正確的順序，這樣才能讓一部電影有意義。時間也是一樣。說起“這件事發生了”“那件事也發生了”“還發生了另一件事”，我們可以說得比這要多得多。我們可以說這件事發生在那件事之前，還有另一件事情會在之后發生。時間并非只是世界上每一個事例的標記，它還提供了一個序列把，把這些不同的事例按順序排列起來。

▲世界，以不同時刻為序。對象（包括人和貓）從此刻到下一刻都持續存在，定義了時間中延續的世界線

持久的現象讓我們可以用不同的方式來思考“世界”。我們可以一下子就想到世界的整個歷史，或是世界上任何特定的事物，而不是散布在整個空間中的物品集合，一直在不同的布局之間變換。我們不用去想貓小姐是細胞和體液的特殊排列，而可以想到它的整個生命，從出生一直到死亡，都在時間中延續。對象（貓、行星、電子，等等）在時間中的歷史就定義了該對象的世界線——隨著時間流逝，這個對象在空間中所經歷的軌跡。對象的世界線就是該對象在世界中出現過的位置的完整集合，并標記有在每個位置出現的特定時間。

02

時間度量事件之間的間隔

時間起作用的第二個方面是，它可以度量事件之間的間隔。這跟已經討論過的“時間標記宇宙中的時刻”聽起來非常像，但其中大有不同。時間不只是標記不同的事件并排序，它還度量了這些事件之間的距離。

如果我們想替哲學家或科學家操心，試圖定義一個有些微妙的概念，那么從實踐角度去看問題是有幫助的——我們在自己的經驗中究竟會如何運用這個概念？用到時間的時候，我們指的是通過認讀鐘表得到的測量值。如果你要看一個會持續一小時的電視節目，那節目結束時鐘表的讀數就會比節目開始時的讀數晚一小時。我們說在節目播放期間一小時過去了，說的就是這個意思：你的時鐘顯示的時間在節目結束時比開始時要晚一小時。

但是，怎樣才算好用的時鐘呢？首要標準是得連貫一致——要是一座時鐘時快時慢，那可一點兒好處都沒有。但時鐘的快慢是跟誰比呢？答案就是別的時鐘。我們通過經驗得出的事實（而非邏輯上的必然結論）是，宇宙中有些物品有連貫一致的周期性——這些物品一遍又一遍做著同樣的事情，而如果把這些物品放在一起，我們會發現其重復有可預測的模式。

想一下太陽系里的行星。地球繞著太陽轉，每過一年都會回到相對于遙遠的恒星來說的同一個位置。單看這個并沒有太大意義，只不過是“年”的定義罷了。但是，我們會發現火星每次回到原來的位置要1.88年。這樣說就非常有意思了 ——不必援引“年”的概念，我們就可以說火星繞著太陽每轉一圈，地球可以轉 1.88圈。同樣地，地球繞著太陽每轉一圈，水星可以轉 1.63圈。

測量時間的關鍵是同步重復——大量各式各樣的進程一次又一次發生，進程之一回到初始狀態時另一個進程重復自身的次數能可靠預測。地球繞著自身的地軸旋轉，而每當地球繞太陽一周，它都會自轉365.25 周。每當地球繞自己的地軸轉完一周，石英表里的小水晶都會振動2831155200次。（一天有24小時，一小時有3 600秒，而每秒有32768次振動。）石英表為什么靠得住，原因是石英水晶的振動十分規律，就算溫度或壓力發生變化，石英表在地球每轉一周時振動的次數也不會改變。

▲好用的時鐘展現同步重復。每過去一天，地球會自轉一周，以1秒為周期的鐘擺振動86400次，石英表中的水晶則會振動2831155200次

這里我們的興趣所在不是制造時鐘有多復雜精妙，而是時間的意義。我們生活的世界包含了所有類別的周期性進程，這些進程與別的某些特定周期性進程相比較，會以可預知的次數重復。這也是我們測量間隔的方法：利用這樣一種進程的重復次數。如果我們說電視節目會持續一小時，那么就意味著我們手表里的石英水晶會在節目的開始和結束之間振動117964800次（一小時有3600秒，每秒振動32768次）。

請注意,在給時間認認真真下個定義的時候，我們好像完全杜絕了這個概念。不過這只是任何恰當的定義都應該有的——你肯定不想讓什么東西以自身為依據來定義自己。時間的流逝完全可以重塑為在同步中一起發生的特定事物，“節目持續了一小時”等價于“在節目開始和結束之間，我手表里的石英水晶會有117 964800次振動”（也許增減幾個廣告）。如果你真想干一票大的，你甚至可以徹底改造物理學的上層結構，讓“時間”的概念完全消失并代之以復雜的規范，即某特定事物如何與別的特定事物同時發生。但我們何苦這樣呢？以時間為依據考慮問題十分方便。此外更重要的一點是，它還反映了宇宙運行方式中一種簡單的深層秩序。

03

時間是我們移動的媒介

我在本章開頭建議的社會實驗，就是問問陌生人會怎么定義“時間”，用這一方法來區分物理學家和非物理學家會很趁手。十有八九，物理學家會說出跟上面頭兩個概念有關的內容——時間是一種坐標，或者時間是事件間隔的度量。同樣也是十有八九，并非物理學家的人會說出跟我提到過的第三個方面有關的內容——時間就是從過去流向未來的什么東西。逝者如斯夫，從“過去那時候”到“現在”并走向“將來”。

或者反過來，也可以說我們在時間里移動，就好像時間是一種我們可以穿過去的物質一樣。羅伯特·波西格（Robert Pirsig）在其經典之作《禪與摩托車維修藝術》的后記中，提到了這個比喻的一種特殊轉換形式。根據波西格的說法，古希臘人“將未來看成是從他們后面向他們走來的東西，將過去看成是在他們眼前往后退卻的東西”。仔細想想，這個說法似乎比我們離開過去朝著將來前進的傳統觀點更實在點。對于過去我們根據經驗有所了解，而對于將來多半純靠臆測。

這些看法的共同之處是將時間看成是一樣東西的思想，并且這件東西還會變化——在我們周圍流動，或是我們在其中移動時經過我們身邊。但是，把時間構想成某種自身具有動力的物質，甚至可能還有根據環境以不同速率改變的能力，就會帶來一個至關重要的問題。

這樣講到底是什么意思？想一下有些真的會流動的東西，比如說一條河。我們可以從被動或主動的視角來看待這條河：要么是我們靜靜站著，水流過我們身邊：要么是我們坐在船上順流而下，兩邊的河岸相對于我們在移動。

毫無疑問河水在流動。這么說的意思是，河水中特定的某一滴水在隨著時間改變位置某個時刻這滴水在這里，過一會兒之后又到了那里。我們也可以有理有據地討論河水流動的速率，也就是水的速度一換句話說就是這滴水在一定時間內行進的距離。我們可以用“千米/時”來計算這個速度也可以用“米/秒”或是“相同時間間隔內行進的距離”的任何單位，你高興用就行。這個速度很可能會隨時隨地發生改變——有時候河水流得很快，有時候又變慢了。當我們說到真實河流的真正流動時，所有這些語句的含義都一清二楚。

但是我們仔細審視一下時間本身要如何”流動”這個觀念的話，就會有個小問題。河水的流動是位置隨著時間變化：但要是說時間隨著時間變化，這是什么意思？真正的流動是位置隨時間的變化：但時間并沒有“位置”。所以，時間應該相對于什么發生變化呢？

那就這么想：如果時間確實在流動，我們該如何描述其速度？可能是類似于“x小時每小時”這樣的表述——每單位時間的某個時間間隔。我也能告訴你x會是多少——等于1，永遠都是。無論宇宙中別的事情會怎樣進行，時間流逝的速度都是1小時／每小時。

從這里可以得出的教訓是，把時間看成能流動的什么東西并不妥當。這個比喻非常誘人，但經不起推敲。要把我們自己從這種想法中剝離開，就不能再將我們自己想象成安置在宇宙中而時間在我們周圍流動才行。相反，我們得把宇宙（我們周圍的全部四維時空）看成是某種獨特的實體，就好像我們可以用外部視角來觀測它一樣。只有這樣，我們才能真正領會時間的意義，而不是“只緣身在此山中”，把我們在時空中的位置看得太重。

（本文摘編自《從永恒到此刻：追尋時間的終極奧秘》第1章“過去就是當下的記憶”，標題為編者所加。）

書名：從永恒到此刻：追尋時間的終極奧秘

?♂? 作者：[美]肖恩·卡羅爾

內容簡介

無論你身處哪個星系，時間都只會往一個方向流逝。為什么？

30年前，史蒂芬·霍金試著通過理解大爆炸來闡釋時間。今天，肖恩·卡羅爾說，我們要有更大的雄心。他在本書中展示了時間之箭的存在為何應歸因于大爆炸之前的環境，以及我們的宇宙只是大家族的一份子，在這個家族中，很多宇宙所經歷的時間都與我們相向而行。

《從永恒到此刻》所涉獵的話題，從熵到量子力學、時間旅行、信息論，再到生命的意義。讀者所要面對的，就是理解我們為何存在。

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