《时间之问》（跨学科师生讨论）系列目录

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时间

“太好了，那我们今天的跨学科话题从哪里开始呢 ？”

“我们的跨学科研究需要找一些合适的主题，我先提一个作为抛砖引玉，你看合适不合适？”

“好啊，老师请讲。”

“时间!”

“时间？时间还真是符合跨学科的特征。让我想想，时间是物理学研究不可缺少的一块，从研究宇宙诞生到牛顿的绝对时空和爱因斯坦的新时空观，都离不开时间。时间也是生物学里非常重要的东西，化学反应也离不开时间，文学和艺术里面也有时间的影子。好，我们就从这个时间开始。可是老师，虽说如此，时间这个概念总是感觉有些抽象。”

“是的，两千年前，奥古斯丁就问什么是时间？ 他曾经说：“如果没有人问我时间是什么，我是清楚的，但如果有人问我时间是什么，我反而不知道了”。时间是个抽象的东西，也是复杂的东西。如果简而言之，时间就是过去、现在和未来。未来还没有到来，我们不清楚。而过去了的，我们也挽留不住。所以在弄清楚什么是过去、什么是未来之前，要先搞清楚什么是现在。可是什么是现在呢？你能告诉我吗？”

“现在，从字面上就是当下所处的时刻，也就是此时此刻。”

“可是当我们仔细思考一下这个此时此刻，你会发现并不是那么简单：因为此时此刻并不存在！”

“怎么会这样？老师，请不要挑战我们的常识好不好？”

“请慢慢听我讲。为什么我们会认为存在“此时此刻”？那是因为我们感受到了“此时此刻”。比如此时我正在对你讲话，你现在听到了我讲的“这句话”。当你听到这句话的时候，你说此时我听到了。可是如果我们把时间的精度放大，你真的是在我讲“这句话”的同时听到了这句话吗？还是有一个微小的延迟呢？”

学生看了看老师，有些迟疑。

老师接着说：“一定有个微小的延迟，因为声音是以有限的速度传播的。比如你现在距离我1米，声波在空气中传播的速度是330米/秒，那么我发出的声波经过了千分之三秒也就是3毫秒后才传到你的耳朵。”

学生插话说：“可是这千分之三毫秒真的很重要吗？”

“对于我的谈话来说，这并不会影响到我们交流的效果。但是如果我们之间的距离足够远，那么这种差别就显现出来了。比如，我们会先看到闪电然后才会听到雷声，通过这两者之间的时间差我们可以估算出雷电到我们的距离。那么，也就意味着打雷时在云层里有一个“此时此刻”，而我们听到的雷声是另一个“此时此刻”。那么我们应该以哪个“此时此刻”为准呢？”

“但是我们至少可以说在某些近距离的情况下，仍然可以近似认为存在着“此时此刻”。毕竟这并不影响交流的效果呀。”

“如果打越洋电话或者越洋视频通话，距离几万公里，除了光速要延迟零点几秒，信息在传播的过程中要经过各种中继站、不断调制调放大滤波，处理这些也需要时间，我们能感受到比面对面交流多了一点延迟。所以，从绝对意义上讲，并不存在此时此刻。”

老师露出了一丝狡黠的笑容，好像在说：怎么样，我赢了！

“那可否认为是由于存在距离，所以造成了此时此刻并不存在。如果取消了距离，我就贴在别人耳朵上说话，那不就是此时此刻了吗？” 学生并不打算认输。

神经传导

“你讲的有道理。不过如果要弄清楚这一点，我们就要从“物理模式”切换到“生物模式”了。”

“什么意思呢？”

“请允许我问一个问题，当我们的耳朵的鼓膜收到声音而震动时，就表示我们就听到了吗？”

“当然不是了”，学生说道：“要传送到大脑里的相应区域才算是听到。”

“那就对了”，老师接过话茬说，“当空气的震动引起了耳膜的震动，接着又引起了神经细胞产生了神经信号，这些信号经过一个接一个神经元的接力传递，产生了神经脉冲，神经脉冲在树突和轴突里传递，送入到下一个神经元的突触，突触里面的递质散发出化学物质，如果信号足够大，会激发下一个神经元发出电脉冲，依次向后传递。当一个神经元积累了足够多的电信号之后才会触发自身的响应机制，自己也被触发，从而把信号送到更远的地方。当有足够多的神经元都开始发送脉冲信号，大脑的特定区域才开始解读这些信号，从而得出有意义的声音。紧接着，大脑的用于解读分析语言的区域被激活用于分析这些声音所包含的意义，并把它们和之前的经验相比较， 之后才能识别出这些声音里的内容，从而了解所听到的内容。这一系列的过程都需要时间来进行处理，并不是瞬时完成的，因为不仅仅是电信号的传递，还涉及到化学物质的浓度的变化以及化学反应，这些反应的速度远远低于电信号传播的速度。即使把耳朵贴到对方的嘴上，我们听到的也只是过去，而不是现在。”

“原来这就是你说的生物模式啊，这些我高中时也学过。” 学生想了一下，摆弄着手里的筷子，说道：“要是这么说，我觉得“此时此刻”仍然存在---存在于每个人的大脑里！”

“哦，真是这样的吗？”，老师停了一下，犹豫了几秒钟，说道：“当你产生“此时此刻”这个想法的时候，这个想法其实并不是一下子就从脑海里跳出来的。而是几十万甚至更多的神经元同时发出脉冲，它们互相激励，并且这些电信号在周围的神经元里累积，当累积到一定程度时才会激发更多的神经元一起思考，这时才会有“此时此刻”这个想法冒出来。因为有这个累积的过程，所以这个想法不是瞬时进行的。所以严格地说，现在并不存在。或者说，并不存在一个绝对意义上的现在，现在都是相对的，都是相对于观察者而言的。每一个观察者都有一个属于自己的现在。”

“这话我怎么听着有点耳熟？”，学生思忖着，自然自语道：“好像有点爱因斯坦的相对论的意思。”

“是的。从宇宙的大尺度看，就更不存在绝对的“现在”或者所谓“同时”了。原因你应该能够猜的到吧？”

“是因为光速是有限的？” 学生猜道。

“正是。虽然对于学过中学物理的人来说，光速是有限的已经成为了一个常识。但是这和人的直觉并不相符。直觉上，一旦点亮灯泡，瞬时整个房间都亮了，不会感觉到任何延迟。但是最早意识到这个问题的，是十几世纪欧洲的一群天文学家。”

光速有限

“老师，你又要切换到“物理模式”了。可是，这些人难道是碰到了什么问题，所以才会想到和自己的直觉所不一样的东西吗？”

“确切地说，我们要先从哲学上进行说明。科学的发展就是如此，如果大家都从直觉出发，那么光的传播速度无穷大是不会有任何异议的。只有当某种异常现象出现的时候，而现有的理论又无法给出合理解释的时候，人们就会质疑之前的假设是否正确，甚至是质疑我们毫不怀疑的东西的合理性。在古希腊，柏拉图把这种叫做“拯救现象”，这种动机深深影响到了后来哲学思想的发展，可以说是没有这种动机，后来的科学不会像这样一步一步地前进。什么是“拯救现象”呢？柏拉图认为，有一个理性的存在，是宇宙的根本。如果出现了一些异常的现象，不符合理性时，就要去寻找合理的解释，以便拯救这种异常的现象，经过这样的拯救之后，现象和理论又重新吻合了。”

“这听起来有点意思，所以科学就是这样不断修正自己，不断前进的。那么光速无限大这种想法遇到了什么样的异常现象呢？”

“你可以先猜猜看。”

“我猜光速既然是每秒30万公里，而地球的半径才6000多公里，通过分别测量光走过的距离和光所用的时间，把两者相除即可得到光速。不过即使人们去尝试着在地球上测量光速，估计也很难测到，因为即使是互相之间有30公里远，光走过这么长距离只需要万分之一秒，古代哪有这么高精度的时钟啊！所以在地球表面估计很难观察到光速有限的证据。是这样的吗？”

“那怎么才有可能发现光速是有限的呢？” 老师并没有直接回答他。

“我猜，应该是从观察外太空里面发生的一些不正常现象引起的，比如某颗星星发出的光和我们预期的不太一样的时候。”

“嗯，你的思路不错。可是，天上的恒星一直都发光，我们怎么知道它什么时候开始发光经过若干年后才传播到地球的呢？”

“哦！” 学生恍然，然后说道：“所以可能不是恒星发光引起的问题。可那又是什么原因呢？ ”

学生拨弄着盘子里的一颗绿色的青菜，陷入了思考。过了一会，说道：“除了恒星，就只剩下行星、行星的卫星、彗星和小行星了。可是它们本身都不发光，只能反射恒星的光。”

“但是我们每时每刻都能看到它们反射的光吗？” 导师放下筷子抬头说道。

“当然不是，比如月亮。当这一天是阴历初一也就是新月的时候，是看不到月亮的。另外，白天的时候也看不到。”

“除了这些情况，还有没有其它情况下，我们也看不到它们？”

“应该没有了吧，不过先让我想想....  嗯，我想除非是一些非常特殊的时刻，但是非常短暂。比如，发生月食的时刻。” 学生好像想到了什么，眼睛看着桌子上的餐巾纸。

闪烁的时钟

“思路对头。可是月亮作为参照我好像有点瑕疵，就是离地球太近。我们现在知道月球里地球只有38万公里，光只要一秒多的时间就传播过来了，这样很难去计算光的速度。”

“所以应该去找更远的行星和它们的卫星。”

“对，没错。十几世纪时丹麦的天文学家就是通过这条路径发现了一些奇异的现象，这些现象很难用已有的理论解释，于是他们反过来去观察到底哪里出了错，发现如果假设光速是以有限的速度传播，那么一切问题迎刃而解，从而找到了测量光速的方法。早在十六世纪当荷兰人发明了望远镜后，伽利略就开始用自制的望远镜观察太空。他观察到了月球，同时他也把望远镜对准了更加遥远的太阳系的行星。他发现了木星居然有自己的卫星，也就是说并不是所有的星球都绕着地球旋转，这动摇了当时教会秉持的地心说。但是发现光速是有限的人还要再等上几十年以后。”

老师停了一下，喝了一口茶水接着说：

“丹麦的科学家观察到了木星有卫星，当木星的卫星绕到木星后面的时候，就从视线里消失了，如果卫星的轨道近似圆形，那么应该刚好有一半的时间我们看不到，另外一半的时间能够看得到。这颗卫星的运行周期是42小时多一些。如果光速是无限的，忽略地球在42小时内走过的距离，那么木星卫星的运动刚好可以当作一个太空中周期闪烁的时钟。通过这个时钟可以预测到未来三个月后发生蚀的时间。可是，丹麦科学家罗莫发现，根据春季测量到的木星卫星发生蚀的时刻，往后推算三个月后发生月蚀的时刻，可是这个时刻和实际观测到的发生月蚀的时刻有一定的差别，误差达到了十几分钟。理论和现象出现了偏差，需要去拯救现象。丹麦天文学家排除了各种计算的错误，仍然没有把这个误差消除。后来，罗莫不得不把目光锁定在光的传播速度上，如果光是以有限的速度传播的，那么当卫星上反射的光传播到地球的时间与地球的位置有关。换句话说，和地球与木星之间的距离有关。当地球离木星较远时，观测到的蚀要比计算得出的时间晚一些，因为光要额外多走一段距离。当地球离木星较近时，观测到的蚀要早一些，因为光要少走一段距离。如果认为光是以有限的速度传播的，那么就可以通过这段额外的距离除以光晚到达所用的时间，从而得到光的传播速度。”

“那当时计算出来的光速是多少呢？”

“大约是每秒215000千米/秒。和现在的准确值不太一样，但是在当时从无穷大的光速到一个有限的光速，已经是一个非常大的进步了。”

“嗯。是的，已经非常了不起了。可是测量到光速除了对预测天文现象有意义外，还有没有其它意义呢？”

“如果说行星之所以叫行星，是因为它总是在运动的，而且是按照一定的速度运动的。而火星和木星之间的小行星带里的小行星，它们的运行则有很大的不确定性，像是太空里的流浪者。而光一旦从无限的速度变成了有限的速度，也变成了在宇宙空间中游荡的幽灵。当天空中闪现出壮丽的超新星爆炸的烟火时，已经是几十万年前甚至更久以前发生的事情了。我们看到的都只是一副已经消失已久的图像，而不再是真实的实在了。光变成了太空的流浪者，你再看到一颗星星发出的光时，你一定会问，这是一颗成年的星星呢还只是它在几十万年前的婴儿照呢？”

“我记得爱因斯坦也是在光速有限的基础上，继续思考和发展出了狭义相对论。”

“是的。如果光速是无限的，爱因斯坦就不会想到狭义相对论了。因为爱因斯坦时空观最重要的性质就是，光速在任何观察者的眼里都是一样的，即30万千米／秒。”

“现在”的意义

“可是”，学生好像有想到了什么，直了直身子扭头看着墙上的一副红黄相间的现代艺术画，一边慢慢说道，“同时性真的消失了吗？如果真的消失了，我们日常生活里还是在谈论此次此刻，还是在谈论现在，就比如说上课是老师说：现在上课。开会时，主持人说：现在开会。那么这里讲的现在又是什么呢？”

“这是一个有意思的问题。也就是说，我们刚才虽然论证了绝对的现在并不存在，可是我们还是习惯性地使用这个词。为什么呢？就是因为我们仍然认为现在这个词是在现实生活中是有意义的。”

“有什么意义呢？” 这时一阵轻风拂过，一片紫色的紫荆花瓣花瓣飘落在后窗的窗台上。

“史铁生曾经说过：“现在，是一分钟吗？还是一秒钟？还是千分之一秒？恐怕很难定义。现在，应该是一件事情有意义所需要的最短时间”。从这个意义上说，现在仍存在。并且“现在”既不是一个转瞬即逝的时间点，也不是一段固定的可以量化的时间段，而是赋予一个意义所需要的最短时间。我觉得这是一个非常有智慧的定义。”

“那么，我们既然讨论了现在，接下来我们应该可以继续讨论时间的其它部分了吧？比如过去和未来。”

“时间不早了，我要回办公室午休一下，我们下次再聊再接着讨论吧。”

“好的，老师。”

他们起身，一起走出了茶餐厅，外面路上的学生已经很少了，都回宿舍休息了。阳光明媚，蓝天上点缀着瓦片状的絮絮白云。

学生走了出去，和老师告别。一个向宿舍走去，一个朝着办公室走去。

待续...

参考文献：

• 陈之藩，《剑河倒影》， 浙江人民出版社，2000

• 史铁生，《我在史铁生》， 国际文化出版公司，2014 （章节：《回忆与随想》）

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