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我第一次聽說時間是幻覺,還以為這是要講釋迦牟尼了,但沒想到,這句話竟然是愛因斯坦說的。

愛因斯坦臨死前,親筆寫了這樣一句話,對於我們這種信仰物理學的人來說,過去、現在、未來之間的區別,只是一種頑固又持久的幻覺。
People like us who believe in physics know that the distinction between past, present and future is only a stubbornly persistent illusion.
太毀三觀了,但仔細想想,時間究竟是個啥,好像真沒人能說得清。
5分鐘和1個小時的感覺不一樣,難道這種不一樣的感覺就是時間嗎?
科學家用各種物理公式來描述客觀世界,告訴我們,世界不會因為你的主觀感覺而改變。
但這些物理學公式里都有時間這個參數,如果時間是一種感覺,那豈不是說物理公式也都是在憑感覺來?
繞來繞去,最後也只能承認,時間是幻覺。
雖然,聽起來有點荒唐,但現實可能真的是這樣的。
今天,我們就來聊聊時間背後的故事。
沒有時間的部落
1986年,科學家深入亞馬遜叢林,發現了一個沒有時間的部落。

這個部落叫做阿蒙達瓦(Amondawa),他們的語言里沒有任何與時間有關的概念。
部落里所有人都沒有年齡,語言中也不存在年、月、日這之類描述時間段的詞彙。
我們如果說,這個事兒是去年發生的,是昨天發生的,是後天將要發生的,他們無法理解。
他們只理解白天、黑夜,雨季、旱季這四個概念。
他們經常改名,比如,你弟弟出生了,你就把你的名字給你弟弟了,你將獲得一個新名字,這就代表一個新的生活階段開始了。
當我們說週末過完了,明天就要上班了,中午吃點啥,快來不及了,我們會本能的認為自己在描述一個客觀事實。
但事實上,哲學家早就懷疑過,時間並不是客觀存在,而是一種文化,是從小被灌輸的思維方式。

假如我們的祖先沒有虛構一個時間概念出來,我們會和阿蒙達瓦人一樣,只知道白天吃飯,晚上睡覺,雨季生娃,旱季打獵,昨天、現在、明天、下周,這些虛構的詞彙,我們也一樣無法理解。
還有一個著名的案例,那就是NBA球星穆大叔。
他到底多大了?這絕對是一個永恆的謎團。
他來自一個沒有年齡概念的非洲部族。

部落里會在你出生的時候,選一棵樹,在上面砍一刀,然後這棵樹就是代表你了。
當你去世的時候,部落里再把這棵樹砍倒,露出樹的年輪,這些年輪就是你的墓誌銘,證明你來過這個世界,活了這麼久。
穆大叔離開非洲的時候,他的那棵樹早就因為戰亂不見了。
所以,他一直不知道自己多大。
1991年參加選秀的時候,官方說他25歲,但從照片上看,他明顯比一般人老很多。
球迷們都說,鬼知道穆大叔是從20幾歲打到了40幾歲,還是從40幾歲打到了60幾歲。
看來,人類並不是天生就理解時間。
但我們一直沒有發現時間有什麼不對勁兒,就連牛頓這種天神級的科學家也沒認為,時間是絕對的,是一個一直在以恆定速度流淌的宇宙法則。
直到100多年前,情況終於發生了變化。
1902年·瑞士專利局
時間回到1902年,一個小伙兒被介紹到瑞士專利局上班。
瑞士是個鐘錶大國,小伙兒每天都要審查各種與鐘錶有關的專利。

當時,有一個叫做同步時間的發明概念非常火爆。
小伙兒一天之內可以看到幾十種同步時間的腦洞,有人用連桿,有人用無線電,甚至有人要開一家專門負責幫人對時的鐘錶店,讓僱員每天早上拿著對好時間的手錶趕最早的火車前往歐洲各地,運送時間。
其實,這些發明的目的只有一個,那就是要讓歐洲各地的鐘錶都保持同一個時間。
當時的火車已經非常發達,但是,時間無法同步,比如巴黎到日內瓦的火車,去的時候一路上都按巴黎時間來賣票、發車。
回來的時候,又得按日內瓦時間來賣票、發車。
旅客們直接混亂了,經常按照自己的鐘錶趕過去,火車早就開走了。
這都是小事兒,要是城市之間的調度員也沒有統一好時間,那就會發生火車相撞的慘案……

小伙兒就這樣天天與各種有關時間的發明打交道,乾了3年,他突然意識到,時間是一種幻覺。
這一天是1905年5月23日,而這個小伙兒正是愛因斯坦。
這天上班的路上,他經過市中心的鐘樓(Zytglogge)聽到了整點的鐘聲,他突然想到。
如果自己以光速遠離這個鐘樓,那身後的鐘會怎麼計時呢?
顯然,鐘反射的光也是按光速前進的,所以它追不上愛因斯坦,這樣愛因斯坦會一直看到他離開鐘樓時那一瞬間的時刻,鐘的時間停止了。
但是,他自己手上的手錶仍然在繼續計時,他的時間並沒有停止。
想到這裡,愛因斯坦立刻想通了一個物理懸案。
光速不變
這個懸案叫做,光速不變。
本來,物理中所有的速度都是可變的。
比如,我們站著不動去抓一顆子彈,手會被打穿。
如果在一架高速飛行的飛機上去抓子彈,沒准兒能抓住它。
這是因為子彈在飛,飛機也在飛,兩個速度相同時,子彈就相對飛機靜止了。
按常理,光速應該是一樣的道理。
有一次,兩個科學家(邁克爾孫-莫雷)決定用地球模擬飛機,光速模擬子彈,來檢測一下這個想法。
我們已經知道,地球是在繞著太陽高速旋轉的,這個速度大概是每秒30公里。
那麼,在地球上測量,迎面撞向地球的光和在後面追趕地球的光,到達時間應該不同。
但結果,怎麼測這個到達時間都相同。
測了幾十年,做了無數次實驗,結果都沒有改變。
這就相當於,我站著不動測光速和在高速飛行的飛機上測光速,光的速度竟然沒有發生變化。
太詭異了,怎麼解釋這個現象呢?
直到愛因斯坦在鐘樓前頓悟,他說,我們測量的光速不變,其實是因為時間可變,為什麼同時到達,是因為追趕光的時間膨脹了,它的一秒變得更長了。
時間應該被叫做時空,當你在空間上運動了,也就代表你在時間上也運動了。
比如,你一邊朝我走過來,一邊說話,你的時間沒有任何變化。但在我看來,你的時間變慢了,聲音變慢了,動作也變慢了。
直到你站住不動,我們的時間才同步,你看我、我看你才一樣快。
怎麼理解這種反直覺的結論呢?
這個叫做布萊恩·格林(Brian Greene)的物理學家,繼續講了這樣一個鬼故事。
塊狀宇宙
按照愛因斯坦的時空觀,我們就能得到了一個四維時空的塊狀宇宙。
在這個宇宙模型中,每一個橫切面代表整個宇宙的三維空間。

下一個橫切面,就是三維宇宙的未來一瞬間。
上一個橫切面,則是它的過去一瞬間。
就像一個快門,我們理解中的現在,這一個時刻。
可能同時包含著,辦公室的時鐘指到了12點,老貓從窗台上跳下來,1000公裡外的鴿子從廣場上起飛,38萬公裡外的月球被隕石撞擊,100光年外的某刻恆星爆炸了,等等這些事件都發生在同一個切片的三維宇宙當中,而這一刻之後的所有切片都是早就已經存在的。
就像一部放映機,宇宙繼續放映。
過去並沒有消失,過去所有的切片都存在,未來也並非未知,未來的切片也都早就存在。
從138億年前宇宙大爆炸,到星河系形成、再到45億年前地球誕生、恐龍滅絕,一直到今天,我們的每時每刻都已經在這個塊狀宇宙中被注定了。

未來、現在、過去,都是切面而已,沒有區別。
而時間流淌,未來一一展開,這只是我們的幻覺。
回到過去,看見未來,這也都是很容易實現的情形,只需要在空間中移動,時間也就移動了。
比如,宇宙的這裡有一個外星人,在他100億光年外的地球上,還有一個地球人。
現在他們都坐著不動,它們的時間是相同的,因此他們都在同一個切片上面。
但如果這個外星人騎上自行車,開始向遠離地球的方向移動,那麼他的移動將減慢時間的流動,這個時候,他們的時間就不同了。
也就意味著,切片的那把刀傾斜了。
雖然只傾斜了一點點,但是放到100億光年的空間尺度上以後,外星人將看到那個地球人的過去好幾百年。
這個時候,外星人會認為,地球上正在發生幾百年以前的事情,外星人會看到小時候的那個地球人,看到地球人正在登月,正在爆發戰爭等等歷史切片。
但是,當外星人掉轉車頭,開始向著地球移動,那麼他的切片又向未來傾斜了。
這個時候,外星人將看到地球未來幾百年的切片。
在理論上,這些正的、斜的、穿越時空的切片都是合理的。
但在現實中,我們只能感覺到現在,我們覺得,過去的時空消失了,未來的時空還沒有出現。
而事實上,過去、未來,其實都是和現在是一樣真實的、存在的。
好吧,故事發展到這裡,已經不是時間是不是幻覺的問題了,而是整個宇宙都是一塊宿命的麵包……
時間幻想、宿命宇宙,這簡直就像是釋迦牟尼在講故事一樣。
真希望愛因斯坦錯了,真的有點難以接受這塊宿命宇宙麵包。
但現實中,愛因斯坦好像真的沒錯。
原子鐘實驗
時間來到1971年,兩位物理學家(Joseph Hafele & Richard Keating)為2只原子鐘購買了機票。
他們把原子鐘帶上飛機,這是當時最精准的時鐘,運行2000萬年,誤差不會超過1秒。
如果愛因斯坦的理論沒錯,那麼這兩台原子鐘在天上飛幾圈以後,會和地面上的原子鐘產生時差,這個時差就證明,飛行的過程讓時間變慢了。
果然,落地以後,這兩台原子鐘慢了十億分之四秒。
GPS校准
初代GPS衛星上天的時候,定位精度只有1000米左右。
但現在,衛星還是那個衛星,原理還是那個原理,為什麼定位精度會提高到1米呢?
其實,影響定位的最大因素就是時間。
只要時間足夠準確,定位將無限準確。
衛星定位的原理大概是這樣的,你手機里有一個GPS芯片,它會向外發射一段電磁波。
電磁波中只有一個信息,那就是它現在的時間。
然後,天上有一顆衛星接收到了這個信號,衛星也產生一個信息,那就是衛星接受到信號的時間。
兩個時間相減,在除以光速,就是芯片離衛星的距離,衛星的軌道已知,那麼芯片的一個位置也就確定了。
同時,第二顆、第三顆、第四顆衛星也在重復這個過程,芯片的第二個、第三個、第四個位置也都確定了。

所有的位置畫圓相交,就得到了100%準確的芯片位置。
理論上,如果每顆衛星里都有一個極其準確的原子鐘,芯片也在地面上被一個極其準確的原子鐘授時,這樣就不會有誤差。
但誤差是從哪裡產生的呢?
果然,科學們按照愛因斯坦的時空公式校准過GPS的算法以後,精度立馬從1000米精確到1米。
2016年,天宮二號實驗飛船上也有幾台中國研發的冷原子鐘。
據說,這些冷原子鐘已經可以精確到從宇宙大爆炸到現在140億年,誤差不超過1秒。
這也就意味著,未來中國的北斗定位系統,可以精確到毫米級別。
可能就在明年、後年,我們無論在哪裡都能被衛星精准抓出來,即使到了重慶那種魔幻3D城市,導航也能知道你是在第幾層高架上面。
想想都有點恐怖啊,愛因斯坦果然神通廣大。
黑洞
愛因斯坦推測如果有一個天體,它的引力足夠大,大到連光都被它吸住了,逃不出來了。
那麼,這個天體裡面,時間就靜止了,天體外面,越接近它,時間就會越慢。

這種天體就叫做黑洞。
1915年愛因斯坦通過計算,預測了黑洞的樣子。
但現實中沒人見過黑洞,黑洞的樣子只是一個理論預測,究竟什麼時候才能觀測到一個現實中的黑洞呢?
直到2019年,人類首次拍到了一張黑洞的照片。
果然,又和愛因斯坦預測的一模一樣,看來,愛因斯坦又對了。
雙胞胎實驗
NASA有兩個宇航員,斯科特·凱里(Scott Kelly)和馬克·凱里(Mark Kelly)他們是一對同卵雙胞胎,擁有一樣的基因組。
NASA讓斯科特去太空中住了一年,馬克留在地球上,然後分析他們的基因組變化。

大家有沒有覺得斯科特明顯比馬克看上去年輕?
這會不會是速度變快,時間變慢的最直觀表現呢?
這張照片難道就是,天上一日,地上一年的現實寫照嗎?
果然,NASA分析哥倆的基因後也發現,斯科特的端粒明顯變長,端粒是染色體末端的一個結構,普通情況下,年紀越大,端粒會越短。

但是,在返回地球兩天後,斯科特的端粒恢復到了正常的長度。
緊接著,斯科特體內93%的基因都恢復了正常,但還有7%發生了永久性的變異。
放映機
如果愛因斯坦全部對了,那一定存在一個放映機。
是它在控制宇宙在不可逆的向前播放。
但我們從物理理論找不到這個放映機的任何線索。
既然放映機不存在,是不是就可以證明愛因斯坦不對呢?
恰恰相反,這反而更進一步的證明愛因斯坦的正確。
因為,放映機極有可能就是我們的大腦,是我們主觀感受中的一個機制。
正是這個機制讓我們覺得時間在流淌,宇宙在向前播放。
其實,宇宙並沒有播放,所有的切片都靜靜的躺在那裡。
過去、現在、未來沒有區別。
大腦的幻覺讓我覺得時間在流淌。
為什麼會有這種幻覺呢?
要是能用某種方法讓幻覺停止呢?
那不就是所謂的超越過去、現在、未來三時的智慧嗎?
故事回到最開始的那句話。
1955年3月,愛因斯坦寫下它的時候,他非常的悲傷,因為,他的好朋友——貝索(Michele Angelo Besso)剛剛去世了。
當年正是貝索把愛因斯坦介紹到專利局去工作。
愛因斯坦把這封信寄給了貝索的兒子,他相信時間是幻覺,貝索的去世是注定。
緊接著,1個月後,4月18日,愛因斯坦也從宇宙切片上消失了。
但是,他告訴我們,一切都是注定的,我們每一個人都在138億年前,宇宙大爆炸的那一瞬間就已經死亡了。

或者說,我們每一個人都還沒有誕生。
無數個切片就在那裡,時間只是幻覺,宇宙早已注定。
好了,今天的故事就分享到這裡,謝謝大家。
最後夫人說,別怕,還有平行宇宙理論,可以解救你的宿命。
(完結)
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