【編者按】一般認為時間是很簡單、基礎的東西,均勻流逝,從過去流向未來,可用鐘錶測量。然而,意大利物理學家卡羅·羅維理已經能用計時器測量到時間的延遲,也就是時間不是一致的,時間的流逝在高山上要比海平面快。還有其它顛覆人們對時間固有的觀念,如時間的流速會受質量和速度的影響而忽快忽慢;時間也不具有當下性,我們所說的現在,對別人來說可能是過去,也可能是未來;時間也沒有方向性,我們認為時間是從過去流向未來,也許只是來自我們獨特的視角;在微觀的量子世界,時間不是連續的,而且失去了它的確定性,一個事件可以同時存在於過去和未來。這是繼《時間簡史》後又一暢銷的科普讀物。本文作者探討時間不是一致性的發現。

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先從一個簡單的事實說起:時間的流逝在高山上要比海平面快。

兩者差異很小,但可以用精密計時器測量出來(在網絡上就可購得),只要多加練習操作,任何人都可見證時間的延遲。利用專業實驗室裏的計時器,即使海拔只有幾厘米的差距,也可以觀測到時間的延遲:放在地板上的時鐘會走得比桌上的時鐘要慢一點。

變慢的不只是時鐘,越低的地方,所有進程都會變得越慢。兩個朋友各分東西,一位住在平地,另一位住在山上。幾年後兩人再相見,在平地生活的朋友度過的時間較少,變老較慢,他的咕咕鐘機械裝置擺動的次數也較少,做事的時間較少,種植的植物長得較慢,釐清思緒的時間較少……。在低處,時間流逝得比高處要少。

令人驚訝吧!但這便是世界運作的方式。

書摘  時間的流逝在高山上要比海平面快。(世茂出版提供)
書摘 時間的流逝在高山上要比海平面快。(世茂出版提供)

但真正令人驚訝的是,在前一個世紀,並沒有足夠精密的鐘錶來測量時間的延緩,卻有人已經了解到時間的延遲,這個人就是亞伯特·愛因斯坦。

科學思維的核心是在觀察某些事物前便先理解其能力。古希臘哲學家阿那克西曼德在船隻能夠環遊地球之前,早已知道天空一直延伸到超越人類腳步所能及之處。在遠早於太空人登陸月球的時期,哥白尼便已知地球會轉動。同樣的,在鐘錶的發展精確到足以測量出時間在各地以不同速度流逝之前,愛因斯坦便已知道,每個地方的時間流逝速度並不一致。

在這些進展中,我們得知,一些看似不證自明的事,實際上不過是偏見。很明顯的,天空在我們上方而非下面,否則地球就會掉下來。事情看來理所當然,地球似乎是靜止不動的,否則所有事物都會撞在一起、混亂不堪。同樣顯而易見的是,時間在所有地方都以相同的速度流逝……。等孩子長大以後,會發現世界並不像小時候從家裏望出去的模樣,整體來說,人類的情況也是如此。

愛因斯坦曾問過自己一個問題,這個問題在我們學習重力時或許也曾感到困惑:「太陽與地球沒有互相接觸,兩者之間也沒有借助任何東西,它們是如何互相『吸引』呢?」

於是他尋求並找到了合理的解釋,想像太陽和地球並沒有直接互相吸引,而是分別對它們之間的東西產生作用。既然太陽和地球之間存在的只有空間和時間,他便想像兩者是分別調整周圍的空間和時間,如同一個物體浸入水中會將周圍的水排開。這種時間結構的調整變異,反過來影響星體的運動,造成太陽和地球互相朝彼此「掉落」。

這個「時間結構的調整變異」指的確實就是上文所說「時間的延遲」───質量會減慢其周圍的時間。地球是質量很大的物體,會使附近的時間變慢。這種作用在平地較為明顯,在高山則較不明顯,因為平地的距離比較近。這就是為何前面住在海平面的朋友較慢變老的原因。

如果物體掉落是由於時間的延遲,在時間流逝一致的地方,例如行星際空間,物體就不會掉落,而是漂浮。在地球表面,物體會自然傾向於時間流逝較慢的地方運動,就像從沙灘往大海奔跑時,海水的阻力會讓我們向前方跌進海浪裏一樣。物體向下掉落,是因為地球使較低位置的時間變慢了 。

因此,即使無法輕易觀察到,時間的延遲仍有著極其重要的影響───它使物體掉落,也因此,我們可以在地面站穩。如果我們的雙腿可以牢牢站在地面上,那是因為我們的身體會自然趨向於待在時間流逝較慢的地方───與頭部相比,腳部的時間流逝得更慢。

聽起來很奇怪吧?這就好比觀看日落,太陽緩緩消失在遠方雲層後面時,我們會突然想起,不是太陽在轉,而是地球在運轉。我們用主觀的雙眼看著整個地球───以及我們自己───向後旋轉,遠離太陽。我們用「瘋狂的」眼睛看世界,就像保羅·麥卡尼〈山上的傻瓜〉(The Fool on the Hill)歌詞所說:「有時瘋狂的視野,會比平常所習慣的呆滯視野,看得更遠。」

本文摘自《時間的秩序:用最尖端物理學,顛覆常識與直覺,探索時間的本質》,世茂出版提供 #

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