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1. 统一性的消失

2020年7月20日  来源:时间的秩序 作者:[意]卡洛·罗韦利 提供人:heidong86......

爱的舞蹈交织

如此优雅的女子

在这清澈的夜晚

被月光照亮

时间的延缓

让我们从一个简单的事实开始:时间的流逝在山上要比在海平面快。

这一差别非常小,但可以用精密的计时器测量出来,如今这种计时器在网上花几千镑就可以买到。经过练习,任何人都能观察到时间的延缓。使用专业实验室里的计时器,即使海拔只相差几厘米,也可以观测到时间的延缓:放在地板上的钟表走得要比桌上的钟表稍微慢一点。

变慢的不只是钟表,在较低的位置,所有进程都变慢了。两个好朋友分别后,一个在平原生活,另一个住进山里。几年之后他们再见面,在平原上生活的这位度过的时间更少,变老得更慢,他的布谷鸟报时钟的机械装置振动的次数更少。他可以用来做事的时间更少,他种的植物长得更慢,思绪得以展开的时间更少……时间在较低位置比较高位置要少。

这让人感到惊讶吗?也许吧。但世界运行的方式就是如此。在一些地方,时间流逝得慢一些,在另一些地方则快一些。

也许真正令人惊叹的地方在于,在我们有足够精密的钟表来测量时间延缓之前的一个世纪,就有人了解了这一切。这个人的名字,当然就是阿尔伯特·爱因斯坦。

先于观察就理解某种事物的能力,是科学思想的核心。在古代,阿那克西曼德明白天空在我们脚下仍然延续,远早于轮船能够环游地球。现代伊始,哥白尼就明白是地球在转动,远早于宇航员从月球上看到这一事实。与之类似,在钟表的发展精确到足以测量出时间以不同速度流逝之前,爱因斯坦就意识到,时间在不同地方的流逝是不均匀的。

在进步的历程中,我们认识到,一些看似不证自明的事,实际上仅仅是偏见。天空在我们之上而非之下,这似乎显而易见,不然地球就会坠落。地球静止不动似乎是不言而喻的,否则它就会让一切都撞毁。时间在任何地方都以同样的速度流逝,对我们来说也同样是显而易见的……孩子会长大,发现小时候从四壁之家望出去看到的并不是世界的全貌,作为共同体的人类也是一样。

爱因斯坦问了自己一个问题,在我们学习引力时,这一问题也许同样困扰过我们:太阳与地球没有相互接触,它们之间也没有任何东西可借助,那么它们是怎样相互“吸引”的呢?

他找到了一个合理的解释,猜想太阳和地球并没有直接相互吸引,而是分别对它们之间的事物产生作用。既然在它们之间存在的只有空间与时间,他猜想太阳和地球都改造了周围的空间和时间,就像一个物体浸入水中会把周围的水排开。对时间结构的改造进而影响了物体的运动,使得它们“落”向彼此。(这是广义相对论的精髓)

“时间结构的改造”是什么意思呢?它指的就是上文提到的时间的延缓:物体会使它周围的时间变慢。地球是个庞然大物,会使其附近的时间变慢。这种效应在平原处更明显,在山上要弱一些,因为平原更近。这就是在海平面高度居住的人衰老得慢一些的原因。

物体下落就是由于这一时间的延缓。在时间流逝一致的地方,比如星际空间,物体不会下落,它们会浮在空间中。而在我们的星球表面,物体会自然倾向于向时间流逝更慢的地方运动,就像当我们从沙滩往大海奔跑时,腿上水的阻力会让我们向前方跌进海浪里一样。物体会下落,是由于在较低的位置,时间被地球减慢了。1

因此,即便我们无法轻易观测到,时间的延缓仍然有着极其重要的影响:物体下落源于此,因此我们才可以坚实地站在地面上。如果我们的双脚可以牢牢地站在地面上,那是因为我们的身体自然倾向于待在时间流逝更慢的地方——并且与你的头部相比,你脚部的时间流逝得更慢。

这听起来很奇怪吧?这就像是观看日落,太阳缓慢地消失在遥远的云层背后时,我们猛然记起,运动的并非太阳,而是地球。我们用错乱的眼神看着整个星球——以及我们自己——向后旋转,远离太阳。我们用“疯狂的”眼睛看世界,就像保罗·麦卡特尼歌里那个山顶上的傻瓜(The Fool on the Hill):比起我们平常模糊的视野,有时疯狂的视角看得更远。

一万个舞蹈的湿婆

我对阿那克西曼德怀有持久的热情。这位两千六百年前的哲学家意识到地球浮在空中,并没有什么东西支撑着它。2我们是从其他作家笔下得知阿那克西曼德的思想的,因为他的作品只有一个小片段留存下来,只有这一段:

万物的产生由它而来,万物的灭亡也归复于它,这源于必然性。因为万物遵循时间的秩序,将公平赋予彼此,互相补偿彼此间的不公平。

“遵循时间的秩序”。源自自然科学最古老、最重要的时刻之一,流传下来的只有这些晦涩、神秘却响亮的文字,也就是“时间的秩序”。

按照阿那克西曼德给出的重要指引:通过理解现象如何按照时间的秩序发生,天文学与物理学发展起来。在古代,天文学描述星体在时间中的运动;物理方程描述事物在时间中如何改变。从建立力学基础的牛顿方程,到描述电磁现象的麦克斯韦方程组;从描述量子现象如何演化的薛定谔方程,到描述亚原子粒子动力学的量子场论方程:整个物理学乃至科学,都在讲述事物是如何“按照时间的秩序”演化的。

用字母t 表示方程中的“时间”是一直以来的惯例(在意大利语、法语、西班牙语中,表示时间的单词都以 t 开头,但在德语、阿拉伯语、俄罗斯语、汉语中不是)。这个t 是什么含义呢?它表示钟表的计数。方程告诉我们,随着钟表所测量的时间的流逝,事物如何改变。

但如果不同的时钟记录着不同的时间,正如我们在前文中所见,那么t 表示什么呢?如果两个朋友一个住在山里,一个住在海平面附近,当他们再见面时,他们腕上的手表会显示不同的时间。那么这两个哪个是 t ?在物理实验室中,桌上的表和地上的表以不同的速度运转,我们要以哪只表为准?我们如何描述它们之间的差别?我们应该说,相对于桌上的表所记录的真实时间,地上的表走得慢了?还是说,桌上的表走得比地上的表记录的真实时间要快呢?

这个问题是没有意义的。也许我们可以问什么是最真实的——是在美元中英镑的价值,还是在英镑中美元的价值。并没有“更真实”的价值:它们只是两种货币,有着相对于彼此的价值。也不存在更真实的时间。存在的是两个时间,相对于彼此在变化。没有哪一个比另一个更真实。

但并不是只有两个时间,时间有很多:空间中的每个点都有不同的时间。并不是只有单一的时间,而是有非常非常多。

在物理学中,一个特定时钟测量的特定现象中的时间称为“固有时”(proper time)。每个钟都有其固有时。每个出现的现象都有其固有时,有它自己的节奏。

爱因斯坦提出了描述固有时相对于彼此如何演化的方程。他为我们演示了如何计算两个时间之间的差别。3

单一量“时间”消融于时间之网中。我们并不描述世界在时间中演化的方式:我们描述的是事物在当地时间(local time)中演化的方式,以及当地时间相对于彼此如何演化。世界并不像一个指挥官指挥着一个排的士兵同时前进,它是一个由彼此影响的事件组成的网络。

这就是爱因斯坦的广义相对论所描绘的时间的样子。他的方程中不存在单一的“时间”,而是有无数的时间。两个事件之间经历的时间并不是单一一个时间,就如同两个先分开再放到一起的时钟。4物理学并不描述事物“在时间中”如何演化,而是描述事物在它们自己的时间中如何演化,以及“时间”相对于彼此怎样演化。[1]

时间已经丢失了它的第一个方面或者说第一层:其统一性。在不同地方,它有着不同的节奏,在此处与在彼处的流逝并不相同。这个世界的事物交织在一起,以不同的韵律舞蹈。如果世界是由舞蹈的湿婆支撑着,那一定有一万个这样舞蹈的湿婆,就像马蒂斯(Matisse)画作中的舞蹈形象一样……

[1]“时间”一词有好几种含义,彼此相关,但又有所区别:1.“时间”是事件依序发生的普遍现象(“时间无声的脚步”);2.“时间”表示连续事件的间隔(“明天,明天,再一个明天,一天接着一天地蹑步前进,直到最后一秒钟的时间”);3.其持续时长(“哦先生们,人生苦短”);4.“时间”也可以表示一个特定的时刻(“那一刻终会到来,把我的爱人带走”),通常是当下的时刻(“现在很混乱”);5.“时间”表示衡量持续时间的变量(“加速度是速度对时间的导数”)。在本书中,我自由地使用这些含义,就像平常使用的那样。如果有任何混淆,请查阅这条注释。——作者注

统一性 / 时间

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