关于时间的一碟小菜

前些天因为有提交论文的截止日期,我一直在考虑着跟实验有关的事情。可能是工作上的压力太大,我竟然反思了起来自己究竟在做什么、做的事情到底有没有意义。

虽然目前我们的具体实验是研发一些新型激光仪器这种工程性的内容,不过它们的最终用途是作为光谱和计量的工具。所谓计量,简单地说是和测量标准与测量方法有关的一个学科(比如怎么定义“米”,“秒”这些单位,然后怎么测量长度和时间等)。而我们的主要研究方向是和对时间的倒数——频率的测量相关的问题。从物理的角度来说,目前人类能够实现最精确的测量就是基于频率的测量了,前段时间大出风头的重力波的测量也是通过基于频率测量的激光仪器实现的[1]。但我总是感觉如果明年的毕业论文只是写个“实验报告大汇总”似的东西的话,有点不甘心,就想能不能写一些更有趣的内容。于是我就翻开了“时间”的百科页面。而出乎我意料的是,它确实是一个非常有趣的话题。

上中学的时候,我很喜欢语文课本里朱自清的一篇小散文《匆匆》,很喜欢他对阳光和时间的拟人描写和其中表现出来的时光流逝的匆匆脚步。从感知的角度来看,时间这个概念的建立大概也就与这篇文章里的描写有关,主要包括两个要素:首先我们需要有对一个个瞬间的记忆。把它们串联起来,我们就有了“现在”和“过去”的概念。之后,我们还需要某种周期性的重复事件作为参照,日出日落的昼夜轮回就是最好的例子[2]。从概念的形成来说,我认为这两者应该属于必要条件。如果一个人没有记忆,那么他/她就不可能意识到周围事物的改变,他/她的世界中将只有“现在”[3]。反之,如果没有了任何参照,我们也将无法辨别时间流逝的快慢,每个人会有不同的主观感受,而无法建立“客观“的标准[4]。这样,我们有了对时间的观念[5],也有了记录时间的工具(如日晷),可是时间究竟是什么呢?

可能在回答这个问题之前,我们可以分别考虑一下时间都具有什么样的属性:

  • 真实性/虚幻性?
  • 绝对性/相对性?
  • 时间的结构?
  • 时间旅行的可能性?
  • 未来是否是确定的?(人能否改变未来?人是否有自由意志?)

不过要具体讨论这其中每一项问题都可能需要一本书的篇幅,也明显超出了我的能力所及。但是从很浅薄的层面上看,与它们相关的一些推论仍然很有趣。比如,关于时间的结构和时间与空间的关系,目前仍然有不同的理论存在。从物理学角度目前存在被广泛认可的理论,但它也无法回答上面的所有问题。换句话说,它只是选择了某一个角度的观点作为假设。例如,爱因斯坦在狭义相对论中假设了真空中光速对于处在不同惯性参照系的观察者来说都是恒定不变的,由此引出的很多推论带来了很多新的关于时间的属性的讨论。和其他科学中常见的基本假设一样,这些假设也很难用科学方法去验证。从这些定义出发,目前的国际单位制中的长度单位,米,是基于光速定义的:一米的长度等于真空中光在1/299792458秒中前进的距离。也就是说,尽管我们现在认为长度和时间是两个“独立”的单位,但它们的定义却是紧密相关的。那么时间和空间真的是相互独立的吗[6]?

这样有趣的问题还有很多,比如:时间有起始和终止吗?假设我们用一条数轴表示时间的话,全部的时间应该是一条两端均无限延伸的直线呢,一条有头无尾的射线呢,还是一条有始有终的线段呢?基于目前在宇宙学中得到一定程度认可的大爆炸理论,时间可能可以用“射线”的模型表示,它从一个奇点的大爆炸开始,并有一个明确的流动方向。而在其他的学科中,也有很多与此迥异的理论。比如海德格尔在《时间与存在》中就有不少很有趣的“现象学”思考。他认为,时间是与“人的存在”(Dasein)紧密相连、无法分离的,而人的存在的“时间性”并不存在序列式的过去、现在和未来。时间性对人的存在来说代表了一种朝向未来的延续,但这种时间性是必然以个体的死亡终结的。在人的存在中,死亡是这种时间性中的重要部分,它们同为一个无法分割的整体中的一种成分。而死亡总是以个体为单位的,不具备“合作性”或“集体性”。也是在认识到这样一种“向死而生”之后,人的存在才具备一种原始性,一种真实性,从匿名的“他们”中脱离而独立[7]。从海德格尔的视角,时间只是人的存在中的一个元素,有了对以死亡为终点的时间的流动的意识,人在生活中才会关怀,有爱,有对未来的忧虑,对过去的回忆。

说来说去似乎转了一大圈又回到了开始,唠唠叨叨得也有点累了,不如再抄一段《匆匆》作罢吧。

「燕子去了,有再来的时候;杨柳枯了,有再青的时候;桃花谢了,有再开的时候。但是,聪明的,你告诉我,我们的日子为什么一去不复返呢?」


[1]在美国的重力波观测项目名为LIGO(Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory),在欧洲的名为VIRGO,它们都是利用尺寸超大的激光迈克逊干涉仪(Michelson Interferometer)来实现精度达10的22次方分之一米(如果我没记错的话,维基上的信息略有些旧)的长度变化测量。

[2] 我的说法可能有点本末倒置。大概正是有昼夜循环、日脚匆匆,才让人们渐渐形成了时间这一观念。

[3]从哲学角度还有名为Presentism(存在主义?)的思考,认为只有“现在”的事物才真正存在。

[4]时间究竟是实际存在的,还是仅仅存在人类的”幻想“中的;是绝对的,还是相对的,都还仍然存在争议。详情可见McTaggart关于时间真实性的论文以及相关讨论,和关于时间的“A序列理论”和“B序列理论”,以及关于时间和逻辑的关系,https://plato.stanford.edu/entries/time/https://plato.stanford.edu/entries/logic-temporal/

[5]当然,关于时间的感知和体验绝不是像我所举的例子这么简单,可见相关百科条目https://plato.stanford.edu/entries/time-experience/

[6]目前在物理中,时空的定义通常采用闵考夫斯基四维时空流体模型(Minkowski space-time),但哲学家依然对时空能否合并为四个维度存在不同意见。

[7]详见Heidegger: A very short introduction, Michael Inwood, Oxford University Press, 1997