英五學舌島

探索時間之謎：從天文曆法、牛頓力學到愛因斯坦相對論
In Search of Time: Journeys Along a Curious Dimension
作者： 佛克 Dan Falk
譯者：嚴麗娟
出版社：貓頭鷹
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　　繼上次探索生命之源，這次要探索的是關於「時間是什麼」的謎團。「時間」自古以來似乎就一直近在眼前，我們工作算時薪、廣告費用秒算、任何事件都會加上時間註記以便記錄，但卻沒有人能夠真正定義「時間到底是什麼」。《探索時間之謎》的作者佛克就在本作中，主要以物理學的角度來介紹古今中外各種對於「時間」的看法，更嘗試利用其他學科領域的角度來探討時間的本質為何，帶領讀者一探困擾人類許久的「時間之謎」。
　　本書作者專事科學寫作，寫作風格輕鬆，不時帶出與各界科學家討論時的細節，如撰寫小說的筆法讓訪談過程歷歷如繪。而為什麼不能只從物理學的角度來探討時間的本質呢？佛克開篇就不諱言，是因為「沒有一門學科可以提供解答」。從書中循序漸進的介紹，我們會漸漸發覺，多少學者爭先恐後試圖解答這個看似簡單的疑問，截至今日卻仍然徒勞。然而，其中還是有許多值得一探的觀點，而透過一覽這些前人所構築的想法，也許讀者可以逐漸發展出自己的洞見。

*為保表達完整文長注意*

　　首先佛克討論的是，時間和人類意識之間的關聯為何？人類一定能察覺到時間流逝，時間就是意識體驗的基礎，人類不只記得過去、也會設想未來、想像未曾參與的歷史，但似乎沒有人能靠意識清楚解釋時間到底是什麼。聖奧古斯丁甚至臆測，時間僅存在於我們的腦海裡。佛克也說：「沒有刻意的觀察，就沒有時間的推移」。而人又是如何感知到「時間推移」的呢？也許從更腦科學的角度可以稍微解答這個疑問。我們已經知道人類對回憶過去及想像未來的投射能力很強，但若失去想像未來的能力，就不會規劃和發展，文明亦無法存續。相關的研究開始推論，其實回憶或許是為了規劃未來，稱為「心智時光旅行」。亦有研究證明，想像過去和未來的能力可能並非人類獨有，灌叢鴉便可能是擁有此能力的其中一員。不過我們也不能否認，記憶也有缺陷，回憶的過程常隱含錯置或想像。

　　佛克也詳細解釋了古今中外人類對於「時間」的體驗為何。比如說，非洲以「事件」來認知時間，他們看重過去發生了什麼，不考慮未來，而這點也反應在語言上。中國人覺得時間是一大塊織錦，來回編織在一起，只要拉住一個地方，整塊布都會出現皺褶。古希臘哲學家柏拉圖認為，時間就是其中有日月星辰的「蒼穹」旋轉時留下的倒影，而他的弟子亞里斯多德則認為時間和「移動」有關聯。希臘人共同相信，時間有永恆週期，宇宙會不斷重來，同樣的生命會出現，而生命會重覆做同樣的事。而後，近東地區巴比倫人、猶太人等認為時間是「線性的」，無法逆轉，為日後西方文化中「進步」的想法奠定基礎。如今的研究發現，世界各地的生活步調十分不一，一般來說，熱帶國家通常步調比較慢。

　　自遠古以來，人類就會測量時間、自然循環的規律。在紐格蘭治的一處墓室中，冬至時太陽一升起，日光就會從入口上的開口照進墓室最後方。同樣地，英國巨石陣的陣型也是對準夏至日出的方向，儘管不能說一定是觀測站，卻明顯與天體的運行脫不了關係，顯示人類早期就對於測量天體循環表現出興趣。另外，遠古人類會舉行葬禮，也許就表示對於來世的期待，甚至能夠想像死後可能要繼續生活、想像時間從這個世界延伸到另一個看不見的世界。究其原因，也許是在有了時間意識後，人類就察覺到自己生命有限，因此開始規劃未來，而這項能力也讓人類更加興旺。不過，佛克也謹慎地指出，其實這些建物的建造目的並沒有明確記錄，而對於不同時期的人來說用途也可能不同，也許某些人拿來觀察天體、但某些人進行宗教崇拜。佛克說，「就算我們能搭上時光機，也不一定能找出適當的溝通方式來瞭解他們，從他們的角度看世界」，點明了考古學上的難題。

　　在觀測天體運行的循環，發現規律後，人類在各早期文化中發展出了各式「曆法」。馬雅人的曆法非常精確，對他們來說，時間是有生命的，曆法和週期讓人在心理上能夠超脫時間的混沌，從過去就能夠知道未來，馬雅人的君王要能掌握時間，以維護社會、政治和宇宙的規律。而為了搭配非整數的週期，每個文化用大同小異的方法來調整曆法，佛克在書中也一一介紹。其中較有趣的是，羅馬曆法曾經受政治操作影響，負責曆法的官員會透過調整一年的長度，來延長或縮短執政官的任期，或為了個人財務利益，利用曆法調整來增減稅租金。幸而在凱撒改革後，「曆法」不再是權力的手段，而是按著線性發展安排生活的依據，使群眾對時間的看法發生改變。此外，在基督宗教中，因為不想讓一年最重要的節日復活節與猶太教的逾越節重疊，教會鼎力支持天文計時，絞盡腦汁計算復活節的日期，甚至演變到後來，各教派對復活節落在哪一天有不一樣的看法。

　　將一年分為月跟日後，一日又怎麼再被細分呢？佛克闡明，人類歷史到最近才開始把一整天切割成更小的單位，早期使用的日晷在陰天起不了作用、沙漏或水鐘需要持續維修，而之後託「擒縱器」的福，機械鐘漸漸出現，如英國索爾茲伯里大教堂就存有世界最古老的仍在運行的鐘。古人本來最多把一小時再分割為四等分，因此守時的概念是最近的一刻鐘或一小時。不久後鐘錶越來越可靠、越來越普遍，時間開始變得有「價值」，浪費時間變成罪惡，人們生活步調加快，分秒必爭。時鐘一清二楚地宣佈有多少時間是雇主的，多少是自己的，助長了工業革命。那這些時刻參照的標準為何？以現在的美國為例，華盛頓美國海軍天文台母鐘負責全美國的時間。佛克更進一步指出，「時區標準化有助於國族認同」，根據資料，電視一到廣告時間，幾百萬的用戶會同時沖馬桶。我想這就類似於安德森所謂的「想像共同體」，有助於人們認知到整個社群同時在做同樣的事情。除了一般生活上仰賴標準時間，找出標準時間的重要性也體現在學術及軍事等方面，有時候，僅僅差了一秒，定位就會差了幾百公尺。

　　說了這麼多，佛克進入正題，開始討論物理學上對於時間的定義。牛頓認為，時間是獨立存在的，不受人類感知支配，即使宇宙所有物質消失，時間仍然存在。也就是他相信「絕對時間」。牛頓的理論展現出了時間對稱性，如果可以預測物體未來所在，也可以預測過去所在，就好比天體位置的計算，往前運行跟往後運行被視為是一樣的。但如果是如此，摔破的茶杯為什麼不會自己黏回去？這也許得歸咎於熱力學第二定律，低熵會往高熵前進，秩序會往失序進展。與牛頓相對的另外一派相信「相對時間」，亦即有形的物體和動作才是定義時間流動的因素，但這也因此引出了「是否沒有動作就沒有時間」的問題。英國物理學家巴伯¹則認為，時間是「幻覺」，「時間的流動不存在」。每個「現在」都是真實的，就像一幀幀的電影畫格，因此，「過去的我」和「未來的我」都跟「現在的我」一樣真實，過世的親人與偉人都「存在」。聽起來極度抽象又違反直覺，但他確實認為，這一連串的「我」、過去或未來的「人」其實都同時存在，並同等真實。若此構想為真，宇宙不是線性的，而是塊狀的，如此一來，或許神經科學可以進步到，只要讀取現在的腦部狀況，就可以推論出一生的經歷，就像現在我們研究宇宙和地質科學一樣。

　　物理的古典力學構築在牛頓的理論架構上，但在近代，這個架構開始不適用於某些狀況：在速度接近光速時，牛頓的架構就瓦解，改由愛因斯坦的相對論來解釋；在極小如原子的距離之下，古典力學也崩毀，變成量子力學來主導。愛因斯坦的相對論中有個重要的假設，也就是「光速都一樣」，而為了讓光速保持一樣，時間和空間就是相對的。以高速前進的時鐘比較慢，因為光走的距離增加，時間也增加，也就是「時間膨脹」²。更進一步說，在狹義相對論中，觀測者無法全體同意兩件事是否同時發生，所以在牛頓理論中「普遍的現在」也不存在。如果某件事在你的過去，它也許在我的現在。而廣義相對論加入重力來討論，重力會扭曲時空，造成所謂的「重力時間膨脹」，重力場越強效應越大，也因此，雖然很細微，但在高海拔的人，手錶走得比較快。

　　如果「普遍的現在」並不存在，那時空是否能夠交錯？時空旅行是否能夠成立？目前看來，似乎還困難重重。我們尚有一個個未解的疑問：在時間中移動也會轉移空間嗎？所擁有的知識或經驗會不見嗎？要怎麼逆向回到本來的時空？……等等數不勝數。這其中最大的矛盾被稱為「祖父矛盾理論」，也就是如果我回到過去，將祖父殺死的話，我如何還存在？在這方面，眾多科幻小說除了跟緊最新發展的理論之外，也超越理論設想更多可能。解決此矛盾的可能性有幾種，佛克也一一歸納：可能會有自然定律阻止，保持一致性原則，只能做實際上做過的事；又可能我回到的其實是平行時空，不會對我原時空的未來造成影響；也可能物理定律根本就會阻止我們回到過去，也就是「時序保護假說」³。

　　最後，佛克開始引介人類認知中的時間起點。在西方文化中，最初神職人員從聖經推測創世的時間，之後歷經達爾文地質觀察、物理學家霍姆斯放射性衰變來定年地球年齡，最終我們建立了大霹靂理論，之後修改為暴漲理論，解釋宇宙年齡足足有137億年。時間跨度越來越大，而在大霹靂之前，有時間嗎？目前普遍認為這項命題超越了科學的界線、是沒有意義的。但也有人不認為大霹靂是起點，而是有所謂的「膜宇宙」，類似於平行宇宙的概念，這一派認為，其實還有很多其他的膜宇宙，而大霹靂是兩層膜間的碰撞產生。

　　那如果往後推，時間有終點嗎？自古以來其實就不乏大批對於未來景象、科技發展的預言，甚至於各種對於末日來臨時間、方式的預言。有那樣一群人，打造了一座「今日永存鐘」，打算讓這座鐘存續一萬年，想讓溝通跨越時代。在《宇宙的五個階段》⁴一書中，作者預言地球會在七十億年後因為太陽膨脹蒸發，宇宙會慢慢衰退成永恆的黑暗。但未來如何，誰都不敢下定論。

　　讀到此處便明白，其實時間的本質目前沒有真正而唯一的解答。「時間到底是什麼？」我們看過了心理學、人類學、物理學等各種學科的討論，卻無法有定論。這是一個令哲學家也激烈辯論的問題，到底時間的「流動」可不可能只是幻覺？康德說時間「是一種主觀的條件，必須歸因於人類心智的天性」，但到底又為什麼人類會有如此的幻覺呢？這個問題，似乎只能留待人解答。

　　佛克也不禁感嘆，「跟這麼多科學家談過話後，我覺得眾人對於時間能夠同意的唯一結論，就是時間和我們想像中完全不一樣」、「有可能我再怎麼打比方，都抓不住時間的本質」。

　　讀完此書，不免有種疑問未解的惆悵感。然而，儘管對於「時間是什麼」的命題無法得到解答，本書中整理了許多令人深思的觀點，也讓人見識到有多少前人願意為這看似單純的命題奉獻一生。有點可惜的是，佛克的寫作風格會帶入一些訪談的枝微細節，顯得在結構上不是那麼緊密，有時候會納悶某些段落與其他段落的連結。另外，本書也勾起了我對於各文化如何體驗時間的興趣，希望日後能拜讀相關書籍或資料。

　　與著作內容無關的一點是，我覺得本書的編排有助於提升閱讀流暢度。不同於一些書籍以括號將每個專有名詞的原文列出，本書將所有出版品、人名、地名等的注解或原文都放在後方，有興趣的人可以自己去查找，可以避免讀者分心。這種編排在專有名詞尤其多的科普類書籍中，更能改善閱讀體驗。

◆ 註：
1. 巴伯：Julian Barbour
2. 時間膨脹：Time dilation
3. 時序保護假說：Chronology protection conjecture
4. 《宇宙的五個階段》：The Five Ages of the Universe

*文章開頭圖片字型來源為《CNS11643中文標準交換碼全字庫網站》