第1章
难解之谜
伟大的哲学家们向来深受时间的困扰，但我们已经有望通过物理学来解读时间。
——儿歌[1]
有一个关于你的、鲜为人知的事实，也许除了你自己，没人知道，那就是：你现在正在阅读这本书。其实我可以表达得更精确：你现在正在阅读“现在”这个词。
此外，虽然我做出了你认为正确的陈述，但就我个人而言，我过去对“现在”不了解，目前仍是如此。你现在正在阅读“现在”这个词，但我对此一无所知——当然，除非我正站在你身后，而你正指着书本阅读。
“现在”是一个非常简单、迷人而又神秘的概念。你知道它的含义，但你会发现，除非通过循环论证，否则很难去定义它。“‘现在’是把过去同未来分开的时刻。”好吧，但要试着不使用“现在”一词定义过去和未来。你所说的过去和未来的含义是不断变化的。片刻之前，当你读到这段话的时候，正处在未来。但现在，这基本已经属于过去。
现在整段话都已经属于过去（除非你跳到前面重读）。“现在”指的是一个特定的时间，但它所指的时间是不断变化的。这就是我们使用时钟的原因。它们所显示的数字同“现在”有关，我们称之为当前时间。时钟不断更新，通常是每秒更新一次。时间的推移永不停歇。我们可以在空间中静止，但却不能在时间中静止。我们在时间中运动，但却不能控制时间的运动——当然，除非时间旅行成为可能。
时间这个奇特的现象有着众多的谜团，“现在”的含义只是诸多谜团中的一个。值得注意的是，我们对时间，特别是对与爱因斯坦相对论有关的时间的古怪与反常，有着深刻的理解。然而，关于时间的基本原理，我们却知之甚少——它是什么，又如何同实在相关联——这也同样值得关注。这是一本关于时间的书，一本关于我们知道什么、不知道什么的书。
时间会“流动”吗？1906年4月18日上午5时12分，旧金山发生了一场大地震。发生该事件的时间不会发生移动，你可以在维基百科中找到它。能够运动、流动的，是“现在”的含义。“现在”在时间之中前进、改变和推移。
或许更确切的说法是，时间流动并经过了“现在”。我们很难描述所有关于“运动”的问题。当我们说一辆汽车正在运动时，我们分两次记录其位置。汽车的速度是用它运动的距离除以运动所耗的时间，例如用每小时多少千米来表示。但用这种方法描述“现在”完全行不通。“现在”就是此时此刻；即便停顿片刻，“现在”仍是此时此刻。时间会运动吗？是的，“现在”的含义不断变化的事实，印证了时间的运动。时间运动的速率是多少？每秒钟一秒。
还有第三种观点——每时每刻都会产生新的时间，而这种新的时间构成了“现在”。这些观点是在哲学上还是物理学上存在差异？在两个学科之间，这是一个选择问题，还是其中一个学科呈现了更多的真理、更深的含义？该问题是本书将要探讨的一部分。
假设时间停止，你会注意到吗？怎样注意到？假设它停停走走，或者以完全不同的速率前进，你能发觉这种差异吗？即便你理解在电影中，例如在《移魂都市》《人生遥控器》《星际穿越》和《古墓丽影》中通常使用的时间叙述方法，这对你来说也绝非易事。人类对“现在”的运动、时间的流动的认知，似乎是由从眼睛、耳朵或指尖发送信号至大脑，大脑进行记录、注意和记忆的过程所用的毫秒数决定的。对于人类而言，整个过程需要几十分之一秒；对于苍蝇而言，只需要几千分之一秒。这就是人为什么很难捉住苍蝇。对于苍蝇来说，你用具有威胁性的手接近它的动作是一个慢动作，就如同在《时光骇客》中那样。
时间的速率不单使科幻电影陷入窘境。相对论，特别是在双生子佯谬中，给了我们具体的例子。双胞胎中的一个做接近光速的旅行，他比留在地球的兄弟度过了更少的时间，但在感觉上没有区别；兄弟俩以相同的方式度过了时间，但是对二人而言，时间的流动是完全不同的。本书中我们将详细讨论这一奇特的属性。
我们之所以有望理解“现在”，是因为20世纪物理学取得了巨大进步。但让我们先简单回顾一下前人所遭遇的挫折。
从古代到文艺复兴，亚里士多德的《物理学》（Physics）主宰着科学。它是中世纪天主教会的科学圣经。伽利略否认了这本书中的一些主张，致使他遭到了审判。亚里士多德在其著作《物理学》中，用了四个章节努力阐释时间和“现在”的概念，但还是完全陷入了混乱。他写道：
是这些想法过于深刻，还是它们纠缠不清了？亚里士多德试图准确地描述“现在”，但是自己把自己说糊涂了。我们倒是可以从中得到些许安慰，毕竟如此德高望重的思想家也发现这个问题十分棘手。
奥古斯丁在其著作《忏悔录》（Confessions）中为自己无法理解时间的流动发出了感叹。他写道：“什么是时间？如果没人问我，我就很明白；当我想去解释的时候，自己却不明白了。”这句写于5世纪的悲叹引起了来自21世纪的我们的共鸣。没错，我们知道什么是时间。那我们为什么不能描述它呢？我们对时间都有怎样的认识？
奥古斯丁的难题在一定程度上源于他的信仰，即上帝是全知全能的。他又创造性地提出了一个惊人的概念：上帝必定是永恒的。这一著名的思想限定了现代物理学的研究范畴——描述时空图中物体在时间层面上的特性，但这些时空图却将时间的流动或“现在”存在的事实排除在外。
奥古斯丁称，对于人类，没有过去或未来，只有三种“现实”：“对过去的事物的记忆，对现存事物的视觉感知以及对未来事物的展望。”（狄更斯的《圣诞颂歌》是从中获得的灵感吗？）但奥古斯丁对这种解释并不满意。他说：“我的灵魂渴望解开这最棘手的谜题。”
爱因斯坦对现在的概念感到困扰。哲学家鲁道夫·卡尔纳普（Rudolf Carnap）在他的《思想自述》（Intellectual Autobiography）中写道：
卡尔纳普不同意爱因斯坦的结论，“既然科学在原则上可以研究所有问题，那么就不存在不能回答的问题。”但是，任何人在与爱因斯坦持不同意见时，都必须非常谨慎。相比承认他的结论比你的想法更有深度，人们更容易批评他是感情用事。爱因斯坦简单陈述的结论绝不应该被视为简单的思想。哲学家有时会觉得，自己发明了诸如“时间几何宿命论”（对光速恒定的假设）的复杂表达，就能达到非常有深度的境界。相反，爱因斯坦的表达连孩童都能够理解——这个本事使他成为世人最爱引用其金句的科学家。
对于物理学中缺乏对时间流动的解释这一现象，有些理论学家并不把这当作缺陷（像爱因斯坦那样），反而认为它指向了更为深奥的真理。例如，布莱恩·格林（Brian Greene）在他的《宇宙的构造》（The Fabric of the Cosmos）中写道，相对论“宣告我们所处的是一个平等的宇宙，每个时刻都是真实的”。他说，我们“长期以来都对过去、现在和未来持有错误的观点”，这种说法让我们想起了奥古斯丁。格林的结论是，相对论没有讨论时间的流动，因此这种流动必定是幻觉，而非现实的一部分。对我而言，他的逻辑是一种倒退，因为他没有坚持用理论解释我们所观察到的现象，反而认为我们为了向理论靠拢，就需要扭曲观察到的现象。
无神论者嘲笑爱因斯坦在晚年传播宗教信仰，偏离了物理学。但他们从未提及他的担忧之处，即科学甚至不能解决世界上最基本的问题：时间的流动和“现在”的含义。许多科学家认为，物理学不能探究的问题就不是实在的一部分。这句话是能够得到验证的结论，还是宗教信仰本身？哲学家将该信条命名为物理主义（physicalism）。有没有办法来验证物理学能够涵盖万物的思想？或者所有物理学家都应当如是认为，就像信奉基督教是对美国总统候选人不成文的规定一样？如果是你在挑战物理主义，你能否像爱因斯坦一样，冒着被人嘲笑你是在向宗教靠拢的风险？
亚瑟·爱丁顿爵士在物理实验和理论方面都有着诸多贡献，受到众多物理学家推崇，他尤其是以解释时间之箭的重大突破而闻名。时间之箭非常神秘（对思考这些事情的人来说），因为我们记住的是过去，而不是未来。然而，即便给出了对时间方向性的解释，在时间的流动方面，爱丁顿依然十分困惑。在1928年出版的《物理世界的本质》（The Nature of the Physical World）中，他写道：“时间的伟大之处在于它不断前进。”之后他又哀叹道：“但物理学家有时似乎倾向于忽视这个方面。”
史蒂芬·霍金在他的《时间简史》中甚至没有提及“现在”这一难解之谜。他的书关注的是我们确定能够理解的部分和当前理论研究的领域。霍金谈论了时间之箭，但不涉及时间的流动；探讨了时间的相对性，而不是“现在”的奥秘。事实上，近年来的所有书籍都是如此。它们更关注有助于“统一”物理学方程的潜在理论，却不注重解答“现在”的含义和时间流动的理论。
但是，我们还有希望。
想要掌握“现在”这一概念，我们就要开启一段旅程，探索抽象和惊人的物理学、时间的物理学和实在的含义，还要对自由意志进行新的审视。让我们先从讨论时间奇妙而怪异的特性开始，探寻令人难以置信却真实存在的谜底。我们所取得的最大突破可以追溯到20世纪初，爱因斯坦发现时间的速率取决于速度和引力。时间是有弹性的，它可以拉伸，甚至可以逆转。这些效应极具价值，因而被应用到当前的GPS卫星中。GPS如果不与爱因斯坦的发现保持一致，就会将我们定位到错误的位置。大家都有手机吧？你口袋里的这个电子设备就用到了相对论。
目前，我们发现黑洞是遍布全宇宙的神秘天体。通过黑洞，我们又发现了时间最为奇特的地方。落入黑洞，你就会变成碎片（根据当前的理论），不仅能在无限时空中旅行，还会超越无限（接下来我们会谈到这一点）。从新的视角审视黑洞，你所看到的就不仅是黑暗。要挑战自己的实在感，你也不需要掉进黑洞。黑洞也与时间之箭有关。当前的理论（尚未得到验证）认为它们（以及在无限远处的“事件视界”）拥有宇宙中绝大部分的熵。
之后，我们将探索相对论提出之后的世界。爱丁顿对时间的方向进行思考，得出结论，认为时间的方向受一条特定的物理学定律——热力学第二定律的限定。该定律认为，世界上的无序程度是用熵来度量的，这种无序程度会持续不断地增强。真是一条奇怪的定律，它不是建立在物理学的基础之上，而是建立在某些事实和理论之上：我们的宇宙尤为有序，概率论却称宇宙唯一的方向就是更加无序和随机，最终会走向冰冷的死亡。这是我们的未来吗？不一定。宇宙中的无序程度正在加剧。矛盾的是，有序程度也在提升，与之相关的是行星、生命和文明的形成。
我会跟大家说明，熵不是时间之箭的唯一解释，除了熵之外，还有其他更严肃的解释，其中也包括量子物理中人们尚不了解的部分。我们常常引用和参考“测量论”（theory of measurement，谷歌搜索量达2.39亿次），其实这个理论并不存在。在测量方面最伟大的发现就是通过实验证实了量子纠缠中一些奇怪性质的存在，这种隐秘的现象以大于光速的速度传播。尚未发现的测量论中也有可能隐藏着解开时间谜题的答案。量子物理将在我们解开“现在”的含义中发挥关键作用。
有人认为时间是我们意识的一部分，它永远不会，也不能被简化为物理问题。大多数物理学家相信真相尽在他们的掌控之中，但我要证明事实并非如此——有些知识如同科学观察所得一般真实，却不能通过实验来发现，也不能通过测量来验证。举个简单的例子，2的平方根不能用两整数之比表示。另一个例子是，蓝色看起来是什么样的。
时间之箭能从心理上感知吗？假如时光正在倒流，我们能否有所察觉？伟大的物理学家理查德·费曼（Richard Feynman）提出，可以把正电子看作在时间中逆行的电子。这里提到的正电子是在科幻小说中被用作飞船燃料，在现实生活中被用于医疗诊断的反物质粒子。那么，“现在”是否也能在时间中逆行？我们呢？
最后，我会证明时间流动的原因和难以琢磨的“现在”的含义都能在科学范围内找到解释——不需要借助“熵”的概念，而是在宇宙物理学（physics of cosmology）中找到答案。为了理解什么是“现在”，我们不仅要整合相对论和宇宙大爆炸的知识，还要明白熵的作用范围是有限的。我们将探索量子物理对该问题的解释，特别（或许令人惊讶）是它对自由意志的解释。虽然重新认识自由意志对理解“现在”来说不是必要的环节，但它对理解“现在”为什么对我们如此重要而言意义重大。
时间和空间一起构成了我们经历生老病死的世界，而经典物理学的预测正是基于这个时空交织的世界。但直至20世纪初，人们才开始审视这个世界。我们应该认识那段往事，认识其中的角色和曲折的情节，而不是事情发生的背景。这时，爱因斯坦出现了。他的伟大之处在于认识到世界仍在物理学研究的范畴之内，且时间和空间有着惊人的特性，通过对这些特性的分析可以做出预测。即便他后来对理解“现在”的含义丧失了信心，但他所做的工作对我们理解“现在”而言至关重要，因为是他将时间纳入物理学的研究范畴。