时间索描 第10期

所谓宇宙，是空间和时间的总和。以前的介绍，基本上只是空间部分的宇宙奥秘，它已够令人眼花缭乱的了，而组成宇宙的时间，虽然似乎司空见惯，但却更加扑朔迷离。试问：什么是时间?时间有什么特性?时间有起点和终点吗?时间会倒流吗?时间与空间是什么关系?

日常生活中的时间

我们关于时间的日常经验，是用一系列自然事件来量度的，如以地球绕太阳公转一圈为一年；地球自转一圈为一天。为了区别更短的时间，我们的祖先用铜壶盛水滴漏和燃香柱等办法，把一天划分为12个时辰，西方则把一天等分为24段，大概是由于它比时辰小(1/2个时辰)的缘故，我们叫它“小时”。由于科学技术发展的需要，又把小时划分为分，分再划分为秒，现在还有微秒和毫秒的精细划分。“秒”也是由原子的振荡来校准的。由此可见，没有自然事件，时间就不复存在，至少就无法捉摸了。用自然事件来量度时间，即使是外星人，我们也会有时间的共识。如若用不断下降的宇宙背景辐射温度来计时，我们与外星人就会有宇宙年龄的共识。

科学上的时间

在17世纪牛顿的宇宙模型中，时间具有超越任何事物的地位，时间均匀地流逝，包括宇宙创生在内的一切事物在时间中诞生和发展，但它们不会对时间产生任何影响，时间无始无终，在宇宙创生前有时间，在宇宙消亡后还有时间。也就是说，时间被认为是绝对的、不变的、普遍的，是独立于物体和观察者之外而存在的。在经典物理理论中，时间没有方向，物理方程在时间上是对称的，向前向后都适用。

到了20世纪，爱因斯坦相对论使时间的概念发生了巨大的变化，时间随同宇宙的几何空间在大爆炸中诞生，也连同宇宙的死亡而消逝。在相对论中，钟表的走时不是绝对的，时间可以被运动所抻长，在飞行器上的钟表比在地球上的钟表走得慢。时间也可被引力所压缩，引力(即质量)越大的物体，对时间的扭曲(压缩)越大，当达到一定的临界值时，时间就被冻结。黑洞有着强大的引力，时间在黑洞表面被冻结了。黑洞是通向永恒的近路。

量子引力理论给时间带来了更大的魔幻，时间只在宇宙中的物质成份和它们的位置形态中体现出来；有时，时间是另一维空间。时间变成空间的概念，很难找到一个形象的比拟把它通俗地表达出来，或许可以想像成“冬虫夏草”，但这不可能体现出它的实在本质。好在这种时间概念还是少数研究量子宇宙学科学家的事，我们暂时可以不去理会它。

什么是现在、过去和将来

为了在泰山观日出，宾馆服务小姐提前把我们叫醒。快速地穿好衣服，急匆匆地赶到观日峰，站在有利的位置上。其实这时离日出还早，但大家不忍把目光从日出方向移开。清晨的山顶，寒风瑟瑟，尽管穿着大衣，仍不禁发抖。但观日出的愿望更胜过寒冷。渐渐地，东方的地平线上亮起来，然后越来越亮，性急的人不免耐不住性子，发出“怎么还不出来!”的埋怨。突然，一轮火红的太阳从彩虹般的地平线上钻了出来，霞光四射。人群中发出一片欢呼：“现在出来了，太阳现在出来了!”

好了。这里的“现在”是什么意思?我们知道，地球与太阳的距离约1.5亿千米，光速为30万千米/秒，太阳发出的光需要约8分钟才能到达地球。这就是说，我们看到的第一束太阳光，是太阳在8分钟前发出的。我们的“现在”，已成为太阳的过去。如果还有人在金星和火星上与我们一样观日出，由于金星和火星距太阳分别约1.1亿和2.3亿千米，太阳光到达金星约需6分钟，到达火星约12.7分钟，当地球人说“太阳现在出来了”时的“现在”，对金星上的观测者来说已是“过去”，而对火星上的观测者则还是“将来”。

人类正在酝酿载人火星飞行。在火星上与地球通信，目前只能采用无线电波。无线电波与光波一样是一种电磁波，以30万千米／秒的速度传播，如果在火星与地球处在最近距离(7800万千米)时用无线电工具通信，电波在地球和火星之间的单程传播约需要260秒。如果火星上的航天员报告说：他“现在发现了……”，我们必须理解，他所说的“现在”是4分多钟以前的事。如果将来能在土卫六上考察，由于土卫六与地球的最近距离达12.79亿千米，那里的航天员报告说他“现在要如何如何”，他那个“现在”其实已是1个多小时以前的事。

这里，我们看到了相对论的有限光速对时间观念造成了极大的“混乱”，把似乎铁定的“现在”、“过去”和“将来”的概念打得粉碎。但我们不能不接受这个事实，以往人类只粗略地把眼前看到的事叫“现在”，已看到但已过去的事叫“过去”，将要发生还未看到的事叫“将来”。随着科学的发展，我们既要研究微观粒子，还要研究宏观宇宙，在这些方面，“现在”的概念有着巨大的时间间隔差距。在观察某些粒子衰变时所说的“现在”，指的可能是百万分之一秒的时刻，而在观测质子衰变和一些宇宙现象时所说的“现在”，可能是几年、几十年、几十亿年和更长的时间间隔。所以我们必须树立相对的时间观念(请读者举出数例日常生活中“现在”的不同时间间隔差别)。

“现在”意味着什么

前面说到，一些基本粒子的寿命只有百万分之一秒，一秒钟时间是这些基本粒子寿命的百万倍。如果人的寿命以100年计算，1秒钟对于这些基本粒子，相当于把人的寿命扩大到1亿年。因此，对这些基本粒子来说，无论如何不能把1秒钟说成是现在，正如对人来说，不能把1亿年说成现在一样。百万分之一秒的时间虽然很短，但对基本粒子来说，就在这百万分之一秒的寿命内，有着曲折的变化过程，最惊天动地的故事也是从基本粒子的分分合合中诞生的，如原子弹、氢弹爆炸，新星、超新星爆发，宇宙爆涨和物质形成等等。

但是，我们还可看到另一个极端，如我们观测距地球26.3光年的织女星，“现在”看到的，还是她26.3年前的情形。如果她也以人那样的速度衰老，我们“现在”看到的她若是花容月貌的30岁，而实际上的她已是近60岁的老妇了。我们从望远镜中看到的离我们几亿、几十亿和上百亿光年的星系和类星体，那是它们几亿、几十亿和上百万年前情形，如果它们的寿命比这些时间短的话，实际上“现在”的它们已经爆炸了、死亡了。它们的过去，却是我们的现在。而对那些在远处已经诞生，但光线还未到达地球的恒星来说，它们的过去则是我们的将来。如果宇宙中确有外星人的话，他们的“现在”就与我们的完全不同。我们看到某颗恒星现在是一颗主序星，在一些外星人看来可能还是一颗婴儿星，而在另一些外星人看来可能已是一颗白矮星或中子星和黑洞了。

对什么叫“现在”，只有每个人自己才知道它的准确概念，因为每个人都把自己感觉到的时刻叫做“现在”。对不同运动状态的人来说，有不同的现在。过去和将来是相对现在来说的，因而，对不同的人来说，必然会有不同的过去和将来。但实际上，宇宙的整个过去和将来是一个不可分割的整体，一切事物都在四维时空中，不会有什么“将来”发生和展开(请读者思考有没有普遍意义上的今天、昨天和明天)。

相对论有限光速带给时间的魔幻，正是它道出了时间的一个重要本质。时间和空间是不可分离的，没有没有时间的空间，也没有没有空间的时间。时间和空间交织在一起，被称为“时空连续体”。宇宙中的事物，我们生活中的一切事物，乃至行为举止和思维，都用时间和空间来表征，因为它们都是在时间的洪流中不断变换着空间。

时间会倒流吗

时间总是向前的，不会倒流，这叫“时间箭头”。我们从来没有看到过物品由旧变新，由腐烂变新鲜，生命由老死到幼小，生物进化由人到猿，光波和信息由将来传到现在和过去，先后悔而后回到过去纠正错误的，除非是录像片的倒放。

科学家考察过时间是否能倒流的问题。根据爱因斯坦相对论方程，当物体的运动速度超过光速时，时间就会倒流。但相对论禁止运动速度超过光速，因为宇宙中速度以光速为极限，任何物体的运动速度只能无限接近光速，而不能达到光速，更不可枉论超过光速了。

当然，在量子力学的理论计算中存在着超光速问题。如爱尔兰物理学家丁・贝尔在一篇文章中提到过的“量子联系”，当两个粒子有过任何接触后，它们便保持着割不断的联系，哪怕它们相距30亿千米或更远，只要其中一个粒子发生变化，另一个就会马上感应到，这个感应信号是超光速的。但另一位物理学家伊伯哈德在1978年指出，在量子计算过程中出现的超光速因素项，总是被另一些因素项所抵消，最后的结果仍然符合相对论的光速极限，没有出现超光速传递信号的问题。

可是，在星系红移和地球大气层电离层中的无线电波传播中，存在着超光速现象呀。啊，这已经被科学家弄清楚了，这些现象不代表物理上的因果关系，实际上的星系退行速度和电离层中无线电波传播速度都不会超过光速。

时间的不可逆性，是今日丰富多彩宇宙的根源。只有有了时间箭头才会有生命，才会有宇宙中的万物。如果时间是可逆的，膨胀一会儿的宇宙很快就收缩，刚长几岁的小孩又退缩成婴儿，进化的细胞又退化，整个世界将始终处于混沌之中。有了时间箭头，在混沌中通过暴涨可以产生出一有序的宇宙；通过自组织等可以产生有机细胞和生命，通过革命和改革建立一个进步的社会，通过引导和竞争使经济走向繁荣等等。时间不可逆是件万幸的事。人们幻想的“长生不老”、“返老还童”是违背时间箭头规律的，那意味着时间停滞和倒流，人们不可能将时间的箭头倒转，时间箭头注定宇宙也要走向“热死”。

时间会流吗

时间可以伸缩，但不会流动。我们感觉的时间流逝是物体在时间中活动所产生的变化，不是时间在流动。如果时间在流动，它的流动速度是多少?!时间流动是我们使用“现在、过去、将来”这些不准确、无意义的混乱语言造成的一种错觉。当然，约定俗成，我们仍然要使用这些语言。

下期我们介绍宇宙的未来。

（巨尤）