時間的連續(xù)性

1、愛菲斯哲人赫拉克利特說過，人不能再次踏進同一條河流。有一個與人類一樣古老的問題──時間是什么？“時間”是現(xiàn)代物理學的重要研究課題。伽利略為提高記時工具的精確性做出了很大貢獻。從古人類到愛因斯坦，我們試圖描述人類時間觀的演化過程。一元復始，萬象更新。歲月匆匆，如白駒過隙，稍縱即逝，令人生發(fā)出無限感慨。我們面對著一個古老而又始終新奇的話題：時間是什么？時間是什么？它從往昔流向未來，從不曾逆轉，也不曾停頓；發(fā)生過的同一事件便不可再現(xiàn)；當人身

2、心愉悅的時候，時間轉瞬即逝；當人百無聊賴的時候，便感到度日如年。時間對現(xiàn)代物理學來說也是重要研究課題之一，我們可以舉出許多試圖解釋時間的活躍議論，像“黑洞時間”、“虛數(shù)時間”、“時空旅行”、“時間粒子”等等，可謂奇想篇，不勝枚舉。這些議論的共同特征就是相信終有一天人類會實現(xiàn)在時間長河中的任意遨游。超時空旅行是人類無數(shù)世代的夢想，古今亦然。1895年，英國著名科幻作家威爾斯在他的《時間機器》這部小說中，第一次把人類的夢想化為一部形象的文字

3、。在這部小說中，主人公乘著時間機器前往公元80萬2701年的未來探尋了一番。在威爾斯之后若干年，愛因斯坦創(chuàng)立的“相對論”從理論上證實這種超時空旅行是可能的。在一部名為《背向未來》的膾炙人口的科幻電影中，主人公實現(xiàn)了前往已逝歲月的旅行。這種旅行可能性一直困擾著包括當代著名物理學家斯蒂芬霍金在內的不少科學家，他們尚未對此做出是否可能的回答。對這種可能性有人斥之以異端邪說無稽之談，如果哪個人真的實現(xiàn)了回返往昔的時空旅行，就必得否定父母，請問他

4、自己是如何來到世上的呢？時間是什么？它是人類具有“時間”這一概念以來，世世代代經(jīng)年累月尋求其答案的最深不可測的謎。我們不妨試著描述一下從往古人類到愛因斯坦的相對論問世，人類時間觀的演化過程。時間：周而復始之物公元前3000年前后，古埃及人發(fā)現(xiàn)，當東方既白出現(xiàn)大犬座的天狼星，這便是尼羅河將要泛濫的前兆。據(jù)此，他們把一年分成了泛濫期、土地恢復期、干期三部分，沿尼羅河創(chuàng)立了農(nóng)耕業(yè)。古埃及和古巴比倫都是以農(nóng)耕業(yè)為中心的文明，所以詳細了解一年中季

5、節(jié)的轉換是必要的?？梢韵胍姡麄儠J真觀察形形色色的星辰、太陽和月亮的運行，努力理解時間推移的含義。經(jīng)過長時間觀測和經(jīng)驗的積累，他們發(fā)現(xiàn)，太陽在天空規(guī)則地改變著位置，經(jīng)過一定時間后，月亮在天空的移動也有一定的周期。擁有了這樣的知識，古代人類當然很快就明白了，這些天文現(xiàn)象與自己的生活有著密切的關聯(lián)。久而久之，古代人類知道了天文現(xiàn)象各有其固有的周期性，具有了歷法和時間的概念。在古埃及遺留下來的卡爾納克神廟中，就有能夠正確判斷夏至日日沒、冬至

6、日日出方向的回廊。古埃及人通過觀測太陽在天空經(jīng)過的“路徑”，了解了一年的長短，據(jù)此制訂了“太陽歷”。通過詳細的天文觀測，他們發(fā)現(xiàn)一年之長為三百六十五又四分之一天，天狼星拂曉前升上東天的周期是1460年。根據(jù)天文現(xiàn)象計算時間推移的不光是埃及人。英國有一座巨石陣，其中有一條被稱為“大街”的平坦道路。它指向可以看到夏至日日出的方向，這里還可以觀測冬至日日出的方向，一年里月亮在天空的移動情況，形狀各異的巨石被安排得各有其位。古代蘇美爾人和巴比倫

7、人通過觀測裝點著夜空的星群，發(fā)現(xiàn)一年之長差不多是365天，還找到了與之對應的36個星座，通過星座的移動，了解一年中四季的變換。在這些星座中，他們把位于太陽運行“路徑”上的12個星座稱為“獸帶座”，一直保留至今。他們根據(jù)月亮在天空的運行，把表示月亮在每天晚上位置的星座劃分為28個星宿，通過觀測這些星宿來判斷時間。其實，月亮在天空運行一周的時間是二十七又三分之一天左右，28個星宿的劃分并不正確，可是古代人類并沒有分數(shù)和小數(shù)的概念，他們只能想

8、象月亮停留在28個星宿上。迄今為止，我們劃分時間的方法都是周期性的，可以想到，古代人類會覺得一天也好一年也好都是循環(huán)往復的，正因為如此，他們才憑著時間周而復始的想象，制訂了歷法。古人的達觀和對時間的追求古埃及人把一年分為360天與5天之和，把5天加在一年的末尾，并用“360”將天空分割開，作為測量角度的基準。測量角度的“六十進制”正是基于這一實踐被發(fā)明的。古埃及人把天空劃分為36個星座，觀測這些星座在一年時間里橫貫天空，從而利用星座計算

9、時間。夏夜大約有8個小時，而在這段時間里有12個星座橫過天空，于是古埃及人把夜晚確定為12個小時，同樣，白晝也被確定為12小時，由此看來，在當時人們的心目中，一年中的時間是可以伸縮的。由于晝夜每小時的長短在一年中是“靈活”的，依今天的眼光來看實在是太別扭了。古人如此滿不在乎時間的精確性，真是過于達觀了。每天24小時，午前、午后各12小時，這是我們能夠追溯到的時間劃分。為了在一天內把握時間的進程，古人研究出了計算時間的機械，這就是我們現(xiàn)在

10、已經(jīng)知道的沙漏和水時計。在古埃及，人們把木板裝訂成“T”字形，豎板前端彎成90度，這樣就可以根據(jù)橫板在豎板上投下的影子來判斷時間。這種工具看上去很像今天的剃須刀。在古人具有的時間概念中，每天、每年都是循環(huán)往復的，沒有必要把握準確的時間。不過，古人萌發(fā)了這樣的思考：固然無須把握循環(huán)往復的時間，然而接踵發(fā)生的的感受，時間基本上已經(jīng)超越了空間的束縛。通過網(wǎng)絡，紐約和塞內加爾的人可以在同一時刻得知最新的消息。計時越來越精確真正的時間革命是13世

11、紀機械鐘表的出現(xiàn)。它的出現(xiàn)使人類從大自然手中奪回了對時間的控制權。隨后，機械鐘表用游絲代替了笨拙的鐘擺，使計時器縮小成可以像珠寶一樣隨身攜帶的物品。真正讓時間精度得到質的飛躍的是原子鐘。其納秒級(十億分之一秒)的精確度遠遠超過其他可觀測的物理學單位。人類越來越困惑“時間究竟是什么”仍難以回答，在討論什么叫“光陰似箭”的時候，物理學家們和哲學家們都沒有一個共識。人類對時間的困惑由來已久，因為它是包括過去、現(xiàn)在與將來三個部分的奇特存在，難以

12、定義。古羅馬先哲奧古斯丁在《懺悔錄》中描述：“時間究竟是什么？這個問題如果沒有人問我，我就知道它的答案；要是有人讓我解釋的話，我就不知道了。”與哲學家相比，追求客觀的物理學家本應該有更樸實的回答，但他們在解釋“光陰似箭”時，只能含混地說，時間是以“每秒鐘一秒”的速度前進。很明顯，這種說法與玄學沒什么差別。更為有趣的是，現(xiàn)代理論物理學中最為熱門的主題竟然是：時間是否是一種幻象?？磥?，時間的本質確實是個極傷腦筋的問題。對大多數(shù)人來說，時間不

13、僅僅是單向度的真實存在，還是他們生活中的支配力量，他們時常地注意鐘表上的刻度，科學家也不知道這種行為是出于天性，還是后天訓練的結果。當然，也有許多人感到自己經(jīng)常遇到似乎經(jīng)歷過而實則沒有經(jīng)歷過的事情和環(huán)境，或者覺得自己陷入了反復呈現(xiàn)的自然韻律中，但這并不一定意味著不可知力量的存在，科學家將之解釋為人體內各種生物鐘運行的結果。也許，生物鐘也是時間的一種表現(xiàn)形式。盡管時間如此難以琢磨，人類還是會照例慶祝各種節(jié)日和紀念日，同時，世界上將會出現(xiàn)越

14、來越多諸如即時通訊、一小時快照沖洗服務、快速結賬柜臺、特快專遞等與時間賽跑的各種事物。這也許是唯一讓世界顯得合理有序的方式。艾敏愛因斯坦的時間觀據(jù)說，愛因斯坦在向普通人解釋相對論時，曾用過一個形象的比喻：“對一個男人來說，與美女共坐的一個小時只相當于一分鐘；但如果讓他坐在火爐上，那么他會覺得一分鐘相當于一個小時，這就是相對論?！边@個故事聽起來有杜撰嫌疑，但實際上確有其事。不久前，美國科學專欄作家米爾斯基在某個圖書館的故紙堆中意外發(fā)現(xiàn)，這

15、個比喻其實是愛因斯坦一份短篇實驗報告的摘要中的一部分。這篇實驗報告發(fā)表于1938年的《熱科學與技術學報》(現(xiàn)已?？?第一卷第九期。以下就是這則實驗報告的全文：實驗報告：外在感受對時間膨脹的影響愛因斯坦美國新澤西州普林斯頓高等研究院實驗摘要：對一個男人來說，與美女共坐的一個小時只相當于一分鐘；但如果讓他坐在火爐上，那么他會覺得一分鐘相當于一個小時，這就是相對論。觀察者的坐標參照系和心理狀態(tài)都有可能影響其對時間流逝的感知，以下我將對此進行實

16、驗探討。實驗方法：首先，我需要找到一個火爐和一名美女?？上У氖?，我無法得到火爐，幫我煮飯的女士禁止我接近廚房一步。不過我搞到了一部1924年制造的松餅機，它能夠加熱到相當高的溫度，實驗效果與火爐相當。接下來是如何接近一名美女，這也是個大問題。幸好，我認識卓別林，曾參加他1931年影片《城市之光》的首映，而他妻子電影明星寶麗戈達，擁有著美麗的面孔。于是，我請卓別林為我安排與他妻子見面。討論：我坐火車到紐約與戈達小姐在中央車站的大蠔酒吧見面

17、，她確實十分明艷。我馬上與她進行了交談，在我認為過了1分鐘的時候，我看了看手表，發(fā)現(xiàn)我們已經(jīng)交談了57分鐘，四舍五入的話就是1個小時?；氐郊液螅也迳纤娠灆C的插頭，機器加熱后，我穿著長褲和白襯衫坐在它上面，1秒鐘后我就站了起來，我感覺這1秒鐘很長。為了保持敘述中的計量單位一致，我將這漫長的1秒鐘看作1分鐘。最后，我給醫(yī)生打了電話。結論：觀察者的心理狀態(tài)確實能影響其對時間流逝的感知。從以上的實驗報告可以看出，愛因斯坦確實是個幽默感十足的人