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时间之谜

时间:2017-05-08 作者:未详 点击:

  诺贝尔奖得主理查德·弗因曼说过:“我们研究物理的人每天都与时间打交道,但千万别问我什么是时间,它难得让人无法思考。”
  
  最近,在得克萨斯州奥斯汀一家咖啡店的墙壁上,有一段随意书就的话,似乎回答了这个问题:“时间是大自然使万物免于同时发生的一种手段。”
  
  这或许是时间的最好定义。在大部分历史时期中,时间被比作川流不息的江河,即使在英国著名科学家牛顿的眼里,时间也是匀速流动的。随着爱因斯坦相对论的出现,人们开始把时间看作像高度和宽度那样的量纲,使我们在描述事物时在时间和空间上有了统一的概念。
  
  即使如此,华盛顿特区美国海军天文台报时处处长赫尔诺特·温克勒依然认为:“尽管我们对时间的注意大大超过了对自然界其他变量的注意,但它仍然是我们头脑中一个未解之谜。”
  
  人类全部历史证明,设计出精确的历法和时钟以测定时间的流动,是一项既艰难又旷日持久的智力探索。许许多多年来,人们根据天体的运动和季节的变化编制过多种历法:苏美尔人将一年分为360天,每年有12个太阳月,每月30天;埃及人则把一年延续到365天;后来罗马人又做了些更动,加上教皇格里高利十三世于1582年精心的改进,才有了今天的格里高利历法,其3323年的误差还不足一天。
  
  在早期人类社会里,人们出于与我们现在同样的目的——知道自己何时身居何地,将日又分成更小的时间单位,毫无疑问,白天头顶上的太阳就是人类最早的计时器,继之人们是靠插在地上的棍棒投下的影子来计时的,直立的棍棒成了原始的日晷。
  
  11世纪,中国学者苏颂制造出一台庞大的新装置,可算是早期机械水钟的一种。这台装置高30多英尺,以水轮为驱动力,由机轴和连杆组成,用锣、铃和鼓打点报时。
  
  然而,正是在西方,机械钟得到了全面的发展。早期的机械钟之一是13世纪为英国一家修道院制作的。后来历史学家研究后认为,这个钟及其他类似的修道院钟都是靠重力驱动、由生铁齿轮组成的,但无表盘。教徒们靠的是一种在中世纪的英国被称作“克洛克斯”的钟发出的声音召唤而来做祷告的。
  
  在16世纪的意大利,出了一位名叫伽利略的学医的青年学生,据说他曾仔细地观察过比萨教堂内一盏刚刚点燃,来回摆动的油灯。他用自己的脉搏计算后发现,无论油灯的摆幅多大,每次摆动所需的时间都一样,他由此发明了钟摆。然而,直到70年后,荷兰科学家惠更斯才制造出世界上第一架摆钟,从而开创了人类精确计时的新纪元。
  
  在西方人看来,时间是不可逆转的,过去、现在和将来都在一条直线上。这种看法源于基督教中关于耶稣的传说,耶稣的诞生具有特殊的意义,他举世无双,因此是不能重复的。所以,当我们今天匆匆赴约时,指导我们生活的计时法是由苏美尔人的数灵学、埃及人的学术成就、《圣经》的传说和能将秒分成几乎无限小的时间间隔的现代技术融合而成的人类智慧的结晶。
  
  当你注视着秒针滴答作响之时,那个时刻早已不复存在了。然而在技术领域人们需要计时精确。例如领航员在海上或在空中是依靠卫星测定方位的,靠的是误差小于百万分之一秒(一微秒)的时间信号;航天器,如“旅行者-2号”,靠的是精度为十亿分之一秒(一毫微秒)的无线电指令导航的;探索原子内部运动的科学家则以微微秒,甚至毫微微秒的精确度进行计算。为了领会这一点,你只要想一想一秒中所含的毫微微秒数要比过去3100万年间的秒数还要多,就不难理解它是多么短暂的一刻!
  
  从华盛顿到巴黎到莫斯科,在遍布世界各地50个计时中心内,原子钟把秒分得更细。科学家们自上世纪40年代以来就知道,原子内电子振荡像钟摆那样有规律,因此可以用来计时。最早的铯原子钟建于1948年,误差一天只有几毫微秒。
  
  美国测定秒长度的标准存放在科罗拉多州的博尔德实验室,这个铯钟叫NBS-6,由国家标准技术研究所管理,是全美目前最精确的原子钟,其误差是30万年内还不足一秒钟。
  
  这是否能为我们理解时间提供一些线索呢?标准技术研究所的时间理论学家戴维·阿伦说:“并非如此,时钟是极为有限的装置。”他还指出,“昔日只留在我们的记忆里,而未来只在我们的期待中,几乎每个钟表指示的都是瞬息前那一时刻。”
  
  时钟还会告诉人们做某件事要花多长时间,使人感到既十分有趣又难以捉摸,因为在一段时间间隔内的行动,如比赛、科研、沿州际公路驱车而下或者在音乐、舞蹈和诗歌的韵律中,又常常包含许许多多个行为和动物。公元前15世纪,希腊埃利亚的泽诺是第一个想知道在某个特定的时间间隔中包含多少个更小的时间间隔的人。这一似非而是的论点曾令几代人迷惑不解。
  
  然而,阿伦却不为泽诺的论点困扰。在他看来,一秒钟几乎是无限可分的,“只要技术上允许,我们想分多少份就分多少份,永无尽头。因为计时是我们自己的发明”。
  
  此外,时钟也会指导人们何时,甚至怎样工作,每小时都像一只等待填充的时间小桶,时钟会告诉我们何时往里注入内容。
  
  自然界也有自己的时钟。1947年,美国化学家威拉德·利比发现,过去5万年间生存过的每种物体内都有一个天然计时器——碳-14原子。人们已经知道这种原子衰变的速率,只要确定了物体中碳-14含量,科学家就能计算出古埃及木乃伊或古印度壁炉里木炭的年代。
  
  天文学家甚至已看到远古的年代。他们通过观测遥远星系的光,看到的竟然是数十亿年前的星系。科学家们知晓各星系彼此飞离的速度,便能确定宇宙中所有物体诞生的年代。
  
  “我们早已证明,宇宙中的物体约在150亿年前就无限地收缩了,”英国剑桥大学理论物理学家斯蒂芬·霍尔说,“谈起时间,当我们测量它时,它的确消逝了。”这是因为时间开始的另一边是个永恒的秘密。
  
  但生物钟——人体和大脑的知觉,早在时钟告诉人们何时上床之前的原始时代就已发挥作用了。人体的主时间周期叫作生理节奏循环。大多数人的正常生理节奏周期为25小时,误差15分钟。为什么它不是24小时呢?芝加哥附近的普通时计仿生学协会主席查尔斯·埃雷特推测说:“稍稍长于自然时间可能使人产生一种为了生存而必需的紧迫感。”
  
  几位生物钟研究人员认为,人体内也许还有个为期一周的生理节奏周期。能调节人体内的化学变化、免疫系统的反应、周期性的心搏升高或降低、血液的循环等等。时计生物学家们相信,这或许有助于说明将一周七天定为一个时间单位——日历上唯一与天文学无关的时间单位的原因。
  
  埃雷特确信,如果打乱人体内极有影响力的生理节奏周期,就是在自找麻烦,当墙上的时钟与体内的时钟不一致时,会使人精神沮丧,睡眠失调,甚至患抑郁症。因此,人体本身就像人类创造出的各种计时器一样,是整个计时世界的一个组成部分。
  
  有关时间的另一个问题是:能穿越时间吗,或者说时间能倒转吗?谁不想把时钟拨慢或把日历翻回,抹掉自己以往的失误,回到有成人智慧的孩提时代,或与莎士比亚畅谈一番呢?科学家们说。尽管物理学定律可能并不妨碍时间的运动,但你看到的标示时间的箭头都朝着同一个方向。
  
  无论时间是什么,人类已把它看作自己生活中的一部分,它的影响是如此深远以至呈现出它的全部意义。我们用自己创造的钟表和日期指导自己的生活,是否因此成了时间的奴隶?哈佛大学计时历史学家戴维·兰德斯并不这么认为,他说:“时钟告诉人们哪些时间属于雇主,哪些时间属于自己。今天,工作人员确确实实比以往任何时候都更有空闲了。没有钟表,就不会有现代世界。其实时间就是错综复杂、高度协调的现代社会与只能模模糊糊感到时间存在的原始社会之间的差异。如今,我们能最大限度地把握时间,然而最为重要的是在于我们怎么理解它。”

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