物理學家不再幫我們理解時間

吉恩·特蕾西++高鵬

我有一個記憶，一個生動的記憶，看著我年邁的祖父站在醫院的臺階上，向我揮手告別。幾乎可以肯定的是，這是一個夢中的記憶。在我父母的相冊中，有整個大家庭的照片——姑姑、叔伯，還有堂兄弟們。我們所有人曾經一起前往家族位于紐約北部的農場，慶祝我祖父母結婚五十周年紀念日。在其中一些照片中，就有我和我的兄弟，兩張小臉蛋混在一群微笑的大人中間。我

記得那一晚令人興奮的場景，雖然我們被送到了最頂樓的床上，但是我們聽到大人們在樓下愉快地交談著，直到很晚才睡下。我已經不記得后來發生什么事了，也沒有祖父被送去醫院的記憶。許多年以后父親告訴我，祖父在那天晚上因為生病被送往急診室，最終逝于手術臺上。

祖父向我揮手告別的記憶依舊刺激著我，使我渴望一個為更加合法的命令所掌控的世界。在這個世界中，我們與我們所愛之人的聯系不再受時間和空間的束縛。早期科學和哲學的一個核心目的就是滿足這種渴望：擺脫束縛我們的時間與生命之輪。也正是在這時間與生命之輪中的我們，才可以一瞥法國出生的作家喬治·斯坦納所言的“身邊的永恒”。人類的時間感是這樣的：我們被它束縛，我們被裹挾在這個從過去到未來的潮流中，既不能使它停止，也不能使它放慢腳步。

時間的流動無疑是我們清醒時體驗到的最直接的方面之一。這對我們如何看待自己，以及我們認為我們應該怎樣過自己的生活來說是至關重要的。我們的記憶會幫助我們解決“我們是誰”這個問題；我們還有其他的思想，可以幫助我們繼續向前延伸，使我們認識到自己可能成為什么樣的人。當然，隨著我們在現代科學意義上對時間的理解越來越復雜，這種理解應該可以為我們提供更有意義的見解。

然而，今天的物理學家很少辯論什么是時間，以及為什么我們會以這樣的方式來體驗時間——回憶過去，但無從回憶未來。取而代之的是，研究人員建造的時鐘越來越精確。目前最精準的時鐘紀錄保持者位于美國科羅拉多州天體物理學聯合實驗研究所，它通過測量鍶原子的振動來計時，可以精確到150億年誤差不超過1秒。150億年，幾乎就是目前我們已知的整個宇宙的年齡了。它的精確程度令人印象深刻，但它并不能回答“什么是時間”。

在物理理論以外，對這一問題的聲明不具任何意義。時間的流動仍然會作為我們內在體驗的一部分而真實存在，只是這種真實存在與一個質子或者一個星系經歷的時間的流動截然不同。我們有關時間流的體驗是不是類似于觀看現場比賽？此時所有的事情都發生在當下，而不是發生在之前或者之后。這種體驗是不是就是對“現在”周圍存在的事物的忽隱忽現的意識？或者說就像是在看一場電影，所有的永恒都已經被錄制好了，而我們正在看的只不過是一幅幅靜態圖像不連續的序列，被我們有限的感知器官愚弄，使我們誤以為所有的動作都是那么流暢？

牛頓和愛因斯坦的世界理論為我們提供了些許指導。在牛頓和愛因斯坦的世界理論中，宇宙都是永恒的“塊體”宇宙，其中時間這一維度與空間這一維度沒有什么不同，所以一切的一切都是突然之間產生的。愛因斯坦的方程允許不同觀察者對時間間隔的持續時間有不同見解，但時空本身是連續統一的。因此，電影《星際迷航》中倍受愛戴的斯波克先生就成了一個一成不變的舞臺，在這個舞臺上，全世界的故事逐一上演。在量子力學中，如同在牛頓力學和愛因斯坦的相對論中一樣，支配微觀世界的物理定律在時間內也是同樣向前進或向后退。即便是在像肖恩·卡羅爾這樣的理論家創新性的猜測中（肖恩·卡羅爾目前供職于美國帕薩迪納市的加州理工學院），也把時間看作是產生于一種更為原始的、永恒的狀態的緊急現象。他們更關心的是時間做了什么，而不是時間感覺上像什么。時間流在當前的物理學理論中似乎就沒有出現過。

在過去幾個世紀的大部分時間里，自覺意識一直被認為是超越了物理學范疇的一個很難解決的問題，因而被我們一推再推，因為我們還有其他緊急的事務要處理。隨著科學家的研究一方面越來越深入原子核內部，另一方面越來越深入星際空間，意識本身以及我們有關時間流的體驗和我們永恒的數學理論之間鮮明的對比一直懸而未決，被我們束之高閣。這一切是如何發生的？科學不是認為應該以體驗為基礎，以對其自身進行檢驗嗎？這種脫節可能有助于解釋為什么很多學生不僅沒有“學到”物理學，反而很顯然被物理學擊退了。他們在由物理學家繪制的世界圖景中又處于什么位置呢？生在何處，死在何處，而時間流又在何處呢？

早在公元前4世紀，原子論者、希臘哲學家德謨克利特已經指出了這里提到的難題。通過仔細的觀察和推理，他得出了這樣的結論：感官可以愚弄我們，而我們正是通過來自感官的證據才得出這樣的結論。這一認識導致了有關我們如何了解世界上的事物的一個世故的哲學理解，那就是，我們不能天真地相信自己的感官，而是要通過經驗主義的測試。這一觀點已經取得了巨大的成果，然而長期以來沒有得到人們的重視。

體驗現象，比如我們有關時間流逝的內在知覺，是一個屬于認知科學和哲學的范疇。外部世界，傳統上是物理學的范疇。然而，以這種天真的方式將內、外部范疇分離開來，是有誤導性的。畢竟，思考物理學的正是我們的大腦。最終，雙方通過努力找到了它們之間的橋梁，如果通過隱喻來形容的話，那就是找到了這無數種方式之間的聯系。正是通過這些方式，人類在這個世界上體驗到自身。

一個有用的連接比喻是把大腦看作一個講故事的引擎。在《物理學和哲學：在現代科學革命》（1958年）中，德國物理學家維爾納·海森堡將這樣的事實歸咎于語言和我們對世界的感知是相互交織的。順著這些線索追溯，你就會發現，我們的感覺器官和大腦是數千年漫長進化的產物。我們的DNA正是直接通過血緣、歷經無數歲月傳承下來的一種記憶。我們的基因、我們的個人記憶以及我們的語言結構本身，都是我們獲得的關于世界的知識的編碼形式。但是，這些知識是以實際體驗那極其有限的范圍為基礎的。

語言是無限變量，可以變化成各種各樣的形式，既可以是隱喻的，也可以是令人回味的，更可以是如夢如幻而又神奇的。語言也可以是充滿邏輯而又直接的，可以是非常正式而又組織嚴密的。那么，對談論超出了我們日常體驗的世界來說，什么樣的語言形式是最有用的呢？什么語言可以帶我們進入原子的核心，帶我們突破星系的邊緣，并在這些尺度上描述時間的流逝將世界不可阻擋地向前拉動呢？海森堡認為，現代物理學中使用的邏輯和數學的語言才是精確的，因為這種語言是如此嚴格和正式化。當建立一座進入黑暗的橋梁時，你必須通過謹慎而又確定的步驟來進行。但是，我們不僅要弄明白身處這個世界之中的我們（而不只是我們身外的這個世界）如何如何，還想了解我們是如何體驗世界，我們是如何做到的。這就要求詩歌和講故事的語言更加流暢和令人回味。

“現在”是有關正在發生的事情的一種局部理論，是用從感官腹地發送來的瑣碎信息拼湊起來的

當前的認知科學告訴我們，我們的記憶是一種由我們的大腦創造的故事，是由感官輸入給大腦的原始信息形成的，以我們過去的生活經歷為基礎被分成不同的模式，并且受DNA的嗜好引導。注入這些記憶中的一些直覺，就是我們對這個世界感覺的基礎：三維空間流暢的幾何形狀，時間前后之間清晰和明顯的區別，以及時間流動。當前的物理學對空間和時間的平滑度以及時間的心理流動的平滑度提出了質疑，甚至提出了這樣的問題：為什么我們記住的是過去，而不是未來？

這個問題看似荒謬，卻牽動了問題的核心。

考慮到我們對“現在”的體驗，第一眼看上去這似乎是一個很簡單的事情，“現在”就是在時間上一個很明確的點。對此，我們似乎可以很肯定地預見，那個特定的“現在”正從未來走向我們，然后又離我們而去，成為過去。我們對“現在”的體驗是由我們的近期記憶和當下的感官知覺（包括看到的、聽到的、感受到的、嘗到的和聞到的）混合在一起建立起來的。這些感官知覺不是瞬時的，而是由受到刺激的神經末梢發出的信號。這些信號被發送到大腦，而大腦本身是一個沒有全局時鐘的動態網絡，就像伊斯梅爾·卡達萊1981年出版的小說名字一樣，是《夢幻宮殿》：一個龐大的官僚機構，充滿了爾虞我詐，它收集來自動蕩不安的“省份”的所有以“蘇丹”為夢想主題的情報，希望以此占卜出他們的意圖。“現在”是焦慮纏身的“蘇丹”的大腦，是有關正在發生的事情的一種局部理論，是使用從感官腹地發送來的瑣碎信息拼湊起來的。

因為我們的大腦工作得太快，我們通常不會感到不久前的過去和不久的將來是混雜在一起的，但也有那種大腦拼命努力地運轉以跟上節奏的時刻。這就是當棒球投手投擲出爆炸式的快球時，球似乎突然之間躍過了投手和擊球手之間的空間，而擊球手可以打出一記有力的平直球，這時的球似乎呈一條直線一樣射出的原因。如果球移動得過快，而使大腦無法進行跟蹤時，大腦就會

為該運動編造出一個完全不同的故事。

有一次當我坐在巴爾的摩市康敦球場的右側露天看臺上，在距離本壘約120米開外觀看比賽時，明尼蘇達雙城隊的卡比·帕克特擊出了一個直奔我而來的球。在我還沒來得及有任何動作之前，在我能夠有意識地感知球正在越過我們之間的空間之前，球已經到了我的面前，隨后落入了后幾排的人群中。作為一名物理學家，我知道，從開始到結束球都遵循著平滑的拋物線軌跡。可是在那天，球似乎在棒球棒上發生了飛躍，在擊中球的聲音到達之前，在我頭腦中對它的意念追上它之前，球已經到了。

我們對時間流的體驗，也有可能就像我們對色彩的體驗一樣。物理學家會說，作為這個世界的一種固有屬性，色彩并不存在。光有各種波長，但它們沒有“色彩”這一固有屬性。在這個世界上的物體，吸收、發射和散射各種波長的光子。只有當我們的眼睛與這片輻射的大海中的一小部分相交，而我們的大腦又對其進行了加工時，“色彩”才出現了。這是一種內在體驗，是一個命名的過程，是我們的大腦苦苦思索、試圖弄清楚事物真相的活動。

因此，時間的流動可能是我們的大腦創造出的一個故事，試圖使這一片混亂變得合乎情理。在2013年的一篇論文中，加州理工學院的物理學家倫納德·曼羅迪諾及南加州大學的物理學家托德·布倫更進一步地認為，具有記憶特性的物質上的事物，往往會隨著時間的熱力學箭頭對自身進行排列，這是由大量粒子的行為定義的。根據這一理論，我們記得住過去而不是未來也就不奇怪了。大系統的本性都是向著熵增加的方向前進（熵是對混亂程度的一種度量，通常人們能夠體會到的熵，如一個熱的或冷的物體，有與其周圍所處環境取得平衡的傾向），而熵的增加意味著過去的記憶是動態穩定的，而未來的記憶是不穩定的。

按照這種解釋，“我們無法看到未來”這一事實不是因為這樣做不可能，而是因為這就如同看見一塊破碎的窗戶自行恢復，或者一杯溫涼的茶從其周圍空間的原子中捕獲能量從而自發沸騰一樣，不太可能發生。這在統計學上是極其、極其不可能發生的。

我們也可以在視覺上把自我看作從混亂中走出來的一個故事。由英國雕塑家安東尼·葛姆雷創作的巨型雕塑《量子云》（1999年至2009年）坐落在倫敦，緊鄰千禧巨蛋。它是由鋼棒以致密的、三維的模式構建而成，以一種半隨機的模式排列，在其中心匯集成一個朦朧的人物形狀。觀看者很自然地就能辨識出這一人物形象，但是，從不同的視角來看，每個人看到的都各不相同。那么，在云中的“我”到底是誰呢？

同樣，我們的自我意識實質上來自我們的記憶，而且這種記憶似乎是連續而持久的。然而這些記憶必須成為一個故事，這個故事是由大腦從一些結構松散的事物中發展出來的，是從之前、現在和之后沒有嚴格錨定的一片混亂之中發展出來的。

葛姆雷在其藝術作品中使用的術語“量子”，指向的是物理學。正如美國物理學家理查德·費曼在其1942年的博士論文中指出的，量子力學的時間演化規則可以這樣重新解釋：在從起點到終點的過程中，像電子一樣的粒子會按照量子躍遷的規則穿過超過了那種微觀混亂的平均值，沿所有可能的路徑行進。這種觀點認為，這個世界的歷史記錄豐富到可以肆意揮霍的程度，而且每一個歷史記錄都是永恒呈現的，即便對我們來說這可能是無法察覺到的。在如今在基礎物理理論中，費曼的“歷史求和”解釋已經成為一個標準的工具，甚至在與理論物理學相去甚遠的領域也可以被用到。在谷歌搜索上輸入與“歷史求和”相關的另外一個術語“路徑積分”進行搜索，得到的匹配記錄有近50萬條。

如果費曼的方法能夠得出良好的實驗結果（事實上，它確實能夠得出這樣的結果），那么，是不是就暗示著所有這些歷史記錄都是真實存在的呢？大多數物理學家認為，他們正在努力地按照宇宙的本來面目去理解宇宙，而不是簡單地開發那些除了能夠證明我們本身的聰慧外，什么也揭示不了的計算技巧。他們中很少有人把每一個可能的量子路徑看作是其本身的、真正的現實。

宇宙是由一系列靜態的瞬間構成的，就像是被扔進鞋盒里的一堆無序的照片

那么，為什么我們記住的是過去，而不是未來呢？也許答案是這種現實在最小尺度上的極其不可預測性和不確定性。在現代物理學家的眼中，即便是真空也是沸騰的。迄今，我的整個職業生涯都花費在了試圖通過理論物理的鏡頭一窺大自然的真諦上，我對自己認為“大自然在其本質上可能就是亂糟糟的一團”的想法不再退縮。現在，在我們中間似乎開放了自由的一線希望，不是單純地將不可預測性等同于人為的自由意志，而是提醒我們，我們的自由問題還沒有解決。

加拿大安大略省圓周理論物理研究所的李·斯莫林認為，科學家必須改弦更張，把時間的流動看作是真實的，并以此為基礎建立新物理學的殿堂。英國物理學家朱利安·巴伯所持的立場截然相反，認為時間的流動是幻覺，宇宙是由一系列靜態的瞬間構成的，就像是被扔進鞋盒里的一堆無序的照片，每張照片都是包含了整個世界的一張快照，一個包含了萬事萬物的獨特配置：行星、星系、大黃蜂、人。巴伯將所有可能的瞬間集合起來取了一個令人回味的名字：“堆”。

因為“堆”中的每一個瞬間都是某一時刻的整個世界，它包含的內容與所有其他的瞬間都形成對照， 所以“鞋盒”中還包含有這種瞬間集合的一種隱含的網絡，也就是這種交互關聯的分支線狀網絡。順著其中一條分支追溯，你就會感受到一個清晰的時間流。大多數的線會沿著沒有理性或沒有意義的孤立的道路前行，但是有極少數的線以及它們附近的線，會沿著交互耦合的路徑前行。我們可以說，此類路徑講述了一個故事，或者說它們包含有對過去的每一步的有意識的

記憶。這些交互耦合的線構成的家族是強大的，而孤立的、不連貫的線是脆弱的，對其附近的線起不到任何強化作用。

迪·特蕾西創作了兩段延時視頻，很好地解釋了該理念。兩段視頻均超過1分鐘，包含幾乎相同的幾千張圖像。在第一段視頻中，時間順序被打亂；第二段視頻中，是按照原時間順序進行的。

第一段視頻讓人很難跟上，因為你什么也抓不住。但是，如果你仔細看第二段視頻，就會發現從第35秒至第45秒，揭示了一個多條線索交織的故事。有一些人被警察包圍，一輛救護車到達現場，然后鏡頭調轉180°；在視頻的第45秒處，另一個警察到達現場。鑒于日期、地點和大致的時間，這段視頻在時間排序上應該是一直向前的，而要找出更多的細節，就要從警方的報告中去找了。第二段視頻中按時間排序的圖像可以讓我們在該圖像處集合，也就是從巴伯所謂的“堆”中抽出一條連貫的敘事線索，并對其含義做出更深的推斷。而這些，在第一段視頻中是沒有的。

我們忽略了一個事實，那就是從內心來說，科學的理論化和講故事都是由對死亡的恐懼和對永恒的渴望驅動的。

巴伯所謂的“堆”讓我想起了我在父母的東西中發現的一張照片。當我發現照片時，他們都已經垂垂老矣。幸運的是，母親在有生之年告訴了我這張照片上的事。這張照片是在紐約的一家夜總會拍的，當時，他們都只有20多歲，還沒有結婚。當時正值第二次世界大戰期間，照片中他們的朋友都穿著制服，像父親一樣，他們都是商船船員。那一晚，父親穿得像個舞男，很顯然，當晚他不當班，是出來玩樂的。母親非常年輕，抽著一支香煙，看上去就是一個天真的少女。而圍在桌子旁的其他人正準備出海，前往北大西洋執行一次護航任務。拍完這張照片的一周之內，圍在這張桌子旁的那些穿著制服的人都死去了。

對我來說，這張照片帶給我的記憶和意義是多層次的。看到這張照片，我的父母肯定會對他們的那些朋友感到悲傷。那是些從未見過我的人，在我出生之前就被時間流帶走的人。這種對戰爭中大量死亡的直接經歷，有助于解釋我成長的這個家庭經歷的沉默。現在我知道，這些沉默都充滿了回憶。如今再看這張照片，我明白了父母之后的選擇：父親離開了商船，買下一個農場。一個都市男孩投入了大海的懷抱，然后又離開了大海，遠遠地定居下來。在這張照片中，我想我能夠看到一絲原因：對這些朋友的記憶全都遺失在了北大西洋上。我能理解父親的焦慮，在這個

兇險的世界上，他需要站在一塊踏踏實實的土地上。父親終其一生都在給我們講故事，從而使他不至于被遺忘。

他的一生完全演繹了古希臘的畢達哥拉斯一樣的波瀾起伏，只不過經歷不同而已。就像加萊亞諾所說，他之所以講故事，是出于對死亡的恐懼。我們傾向于將科學與其他領域分隔開，想象一個量子波函數或一組相對論場方程，能夠表達出“時間”的一個本質上完全不同的方面，而不是在古老的家族故事中體現出的那種時間。在這個過程中，我們忽略了一個事實，那就是從內心來說，科學的理論化和講故事都是由對死亡的恐懼和對永恒的渴望驅動的。

在我被時間流帶走之前，我想和諸位再次分享我最后的一抹記憶，那時的我還是個小孩子。我坐在我們家農舍客廳的地板上，在一縷溫暖的陽光里，注視著陽光里的微塵，輕柔而混亂地飄著。這些微塵完全是一個個小小世界，我的那條名字叫“國王”的狗，在旁邊沉沉地睡著。我們過去是——現在是——將來也會是——永遠的最好的朋友，永遠生活得平平靜靜。