時間之謎

［歐 陽］

時間之謎

［歐 陽］

諾貝爾獎得主理查德·弗因曼說過：“我們研究物理的人每天都與時間打交道，但千萬別問我什么是時間，它難得讓人無法思考?！?/p>

最近，在得克薩斯州奧斯汀一家咖啡店的墻壁上，有一段隨意書就的話，似乎回答了這個問題：“時間是大自然使萬物免于同時發(fā)生的一種手段?！?/p>

這或許是時間的最好定義。在大部分歷史時期中，時間被比作川流不息的江河，即使在英國著名科學(xué)家牛頓的眼里，時間也是勻速流動的。隨著愛因斯坦相對論的出現(xiàn)，人們開始把時間看作像高度和寬度那樣的量綱，使我們在描述事物時在時間和空間上有了統(tǒng)一的概念。

即使如此，華盛頓特區(qū)美國海軍天文臺報時處處長赫爾諾特·溫克勒依然認(rèn)為：“盡管我們對時間的注意大大超過了對自然界其他變量的注意，但它仍然是我們頭腦中一個未解之謎?！?/p>

人類全部歷史證明，設(shè)計出精確的歷法和時鐘以測定時間的流動，是一項既艱難又曠日持久的智力探索。許許多多年來，人們根據(jù)天體的運(yùn)動和季節(jié)的變化編制過多種歷法：蘇美爾人將一年分為360天，每年有12個太陽月，每月30天；埃及人則把一年延續(xù)到365天；后來羅馬人又做了些更動，加上教皇格里高利十三世于1582年精心的改進(jìn)，才有了今天的格里高利歷法，其3323年的誤差還不足一天。

在早期人類社會里，人們出于與我們現(xiàn)在同樣的目的——知道自己何時身居何地，將日又分成更小的時間單位，毫無疑問，白天頭頂上的太陽就是人類最早的計時器，繼之人們是靠插在地上的棍棒投下的影子來計時的，直立的棍棒成了原始的日晷。

11世紀(jì)，中國學(xué)者蘇頌制造出一臺龐大的新裝置，可算是早期機(jī)械水鐘的一種。這臺裝置高30多英尺，以水輪為驅(qū)動力，由機(jī)軸和連桿組成，用鑼、鈴和鼓打點(diǎn)報時。

然而，正是在西方，機(jī)械鐘得到了全面的發(fā)展。早期的機(jī)械鐘之一是13世紀(jì)為英國一家修道院制作的。后來歷史學(xué)家研究后認(rèn)為，這個鐘及其他類似的修道院鐘都是靠重力驅(qū)動、由生鐵齒輪組成的，但無表盤。教徒們靠的是一種在中世紀(jì)的英國被稱作“克洛克斯”的鐘發(fā)出的聲音召喚而來做禱告的。

在16世紀(jì)的意大利，出了一位名叫伽利略的學(xué)醫(yī)的青年學(xué)生，據(jù)說他曾仔細(xì)地觀察過比薩教堂內(nèi)一盞剛剛點(diǎn)燃，來回擺動的油燈。他用自己的脈搏計算后發(fā)現(xiàn)，無論油燈的擺幅多大，每次擺動所需的時間都一樣，他由此發(fā)明了鐘擺。然而，直到70年后，荷蘭科學(xué)家惠更斯才制造出世界上第一架擺鐘，從而開創(chuàng)了人類精確計時的新紀(jì)元。

在西方人看來，時間是不可逆轉(zhuǎn)的，過去、現(xiàn)在和將來都在一條直線上。這種看法源于基督教中關(guān)于耶穌的傳說，耶穌的誕生具有特殊的意義，他舉世無雙，因此是不能重復(fù)的。所以，當(dāng)我們今天匆匆赴約時，指導(dǎo)我們生活的計時法是由蘇美爾人的數(shù)靈學(xué)、埃及人的學(xué)術(shù)成就、《圣經(jīng)》的傳說和能將秒分成幾乎無限小的時間間隔的現(xiàn)代技術(shù)融合而成的人類智慧的結(jié)晶。

當(dāng)你注視著秒針滴答作響之時，那個時刻早已不復(fù)存在了。然而在技術(shù)領(lǐng)域人們需要計時精確。例如領(lǐng)航員在海上或在空中是依靠衛(wèi)星測定方位的，靠的是誤差小于百萬分之一秒（一微秒）的時間信號；航天器，如“旅行者-2號”，靠的是精度為十億分之一秒（一毫微秒）的無線電指令導(dǎo)航的；探索原子內(nèi)部運(yùn)動的科學(xué)家則以微微秒，甚至毫微微秒的精確度進(jìn)行計算。為了領(lǐng)會這一點(diǎn)，你只要想一想一秒中所含的毫微微秒數(shù)要比過去3100萬年間的秒數(shù)還要多，就不難理解它是多么短暫的一刻！

從華盛頓到巴黎到莫斯科，在遍布世界各地50個計時中心內(nèi)，原子鐘把秒分得更細(xì)?？茖W(xué)家們自上世紀(jì)40年代以來就知道，原子內(nèi)電子振蕩像鐘擺那樣有規(guī)律，因此可以用來計時。最早的銫原子鐘建于1948年，誤差一天只有幾毫微秒。

美國測定秒長度的標(biāo)準(zhǔn)存放在科羅拉多州的博爾德實(shí)驗(yàn)室，這個銫鐘叫NBS-6，由國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所管理，是全美目前最精確的原子鐘，其誤差是30萬年內(nèi)還不足一秒鐘。

這是否能為我們理解時間提供一些線索呢？標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所的時間理論學(xué)家戴維·阿倫說：“并非如此，時鐘是極為有限的裝置?！彼€指出，“昔日只留在我們的記憶里，而未來只在我們的期待中，幾乎每個鐘表指示的都是瞬息前那一時刻?！?/p>

時鐘還會告訴人們做某件事要花多長時間，使人感到既十分有趣又難以捉摸，因?yàn)樵谝欢螘r間間隔內(nèi)的行動，如比賽、科研、沿州際公路驅(qū)車而下或者在音樂、舞蹈和詩歌的韻律中，又常常包含許許多多個行為和動物。公元前15世紀(jì)，希臘埃利亞的澤諾是第一個想知道在某個特定的時間間隔中包含多少個更小的時間間隔的人。這一似非而是的論點(diǎn)曾令幾代人迷惑不解。

然而，阿倫卻不為澤諾的論點(diǎn)困擾。在他看來，一秒鐘幾乎是無限可分的，“只要技術(shù)上允許，我們想分多少份就分多少份，永無盡頭。因?yàn)橛嫊r是我們自己的發(fā)明”。

此外，時鐘也會指導(dǎo)人們何時，甚至怎樣工作，每小時都像一只等待填充的時間小桶，時鐘會告訴我們何時往里注入內(nèi)容。

自然界也有自己的時鐘。1947年，美國化學(xué)家威拉德·利比發(fā)現(xiàn)，過去5萬年間生存過的每種物體內(nèi)都有一個天然計時器——碳-14原子。人們已經(jīng)知道這種原子衰變的速率，只要確定了物體中碳-14含量，科學(xué)家就能計算出古埃及木乃伊或古印度壁爐里木炭的年代。

天文學(xué)家甚至已看到遠(yuǎn)古的年代。他們通過觀測遙遠(yuǎn)星系的光，看到的竟然是數(shù)十億年前的星系?？茖W(xué)家們知曉各星系彼此飛離的速度，便能確定宇宙中所有物體誕生的年代。

“我們早已證明，宇宙中的物體約在150億年前就無限地收縮了，”英國劍橋大學(xué)理論物理學(xué)家斯蒂芬·霍爾說，“談起時間，當(dāng)我們測量它時，它的確消逝了?！边@是因?yàn)闀r間開始的另一邊是個永恒的秘密。

但生物鐘——人體和大腦的知覺，早在時鐘告訴人們何時上床之前的原始時代就已發(fā)揮作用了。人體的主時間周期叫作生理節(jié)奏循環(huán)。大多數(shù)人的正常生理節(jié)奏周期為25小時，誤差15分鐘。為什么它不是24小時呢？芝加哥附近的普通時計仿生學(xué)協(xié)會主席查爾斯·埃雷特推測說：“稍稍長于自然時間可能使人產(chǎn)生一種為了生存而必需的緊迫感?！?/p>

幾位生物鐘研究人員認(rèn)為，人體內(nèi)也許還有個為期一周的生理節(jié)奏周期。能調(diào)節(jié)人體內(nèi)的化學(xué)變化、免疫系統(tǒng)的反應(yīng)、周期性的心搏升高或降低、血液的循環(huán)等等。時計生物學(xué)家們相信，這或許有助于說明將一周七天定為一個時間單位——日歷上唯一與天文學(xué)無關(guān)的時間單位的原因。

埃雷特確信，如果打亂人體內(nèi)極有影響力的生理節(jié)奏周期，就是在自找麻煩，當(dāng)墻上的時鐘與體內(nèi)的時鐘不一致時，會使人精神沮喪，睡眠失調(diào)，甚至患抑郁癥。因此，人體本身就像人類創(chuàng)造出的各種計時器一樣，是整個計時世界的一個組成部分。

有關(guān)時間的另一個問題是：能穿越時間嗎，或者說時間能倒轉(zhuǎn)嗎？誰不想把時鐘撥慢或把日歷翻回，抹掉自己以往的失誤，回到有成人智慧的孩提時代，或與莎士比亞暢談一番呢？科學(xué)家們說．盡管物理學(xué)定律可能并不妨礙時間的運(yùn)動，但你看到的標(biāo)示時間的箭頭都朝著同一個方向。

無論時間是什么，人類已把它看作自己生活中的一部分，它的影響是如此深遠(yuǎn)以至呈現(xiàn)出它的全部意義。我們用自己創(chuàng)造的鐘表和日期指導(dǎo)自己的生活，是否因此成了時間的奴隸？哈佛大學(xué)計時歷史學(xué)家戴維·蘭德斯并不這么認(rèn)為，他說：“時鐘告訴人們哪些時間屬于雇主，哪些時間屬于自己。今天，工作人員確確實(shí)實(shí)比以往任何時候都更有空閑了。沒有鐘表，就不會有現(xiàn)代世界。其實(shí)時間就是錯綜復(fù)雜、高度協(xié)調(diào)的現(xiàn)代社會與只能模模糊糊感到時間存在的原始社會之間的差異。如今，我們能最大限度地把握時間，然而最為重要的是在于我們怎么理解它?！?/p>