仰望星空，你有没有过这样的疑问：我们会不会只是困在虚拟系统里的一串代码而已？

千万不要觉得这只是科幻电影里的脚本。

最近，一条火遍了各个社交平台的视频就将这种担忧带进了现实，话题“这天空是卡bug了吗”的微博浏览量更是突破了1.2亿人次：

图：微博@五行属二

“不好意思，图层正在更新漏洞”，“宇宙程序员的秘密终于瞒不住了”……

随着各种不断涌现的高赞神评，不少人也开始重新认真思考起那些，生活中如空气般自然且极端重要，但却被我们习惯性忽视的事物。

这一梳理不要紧，细思极恐！原来对于构筑起当今科技文明的众多基础概念，人类几千年来，甚至都难以自圆其说，感觉是外星高级文明给我给我故意埋了个雷。

比如，什么是“现在”。

你有没有发现，从小到大，我们居然没有一本书对它们进行过科学定义。

说清楚“现在”有多难？对我们文明的发展有多重要？今天要为你介绍的，就是一本将人类对“现在”这一概念的探索史娓娓道来的科普著作——《现在：时间的物理学》。

《现在》 查德·A.穆勒 湖南科学技术出版社 2022.07

作者查德·A.穆勒，曾写出了畅销书《未来总统的物理课》，还是伯克利的物理学教授，凭借在实验宇宙学方面做出的杰出贡献而获得1982年的麦克阿瑟“天才”奖，并于2015年因发现暗能量而与他人共同获得基础物理学突破奖。

他认为，要想理解“现在”，需要了解相对论、熵、量子物理学、反物质、时间反向旅行、量子纠缠、宇宙大爆炸和暗能量。

而《现在：时间的物理学》的目标是把基本的物理学，像拼图一样拼起来，直到有关“现在”的清晰的图片出现……

“现在”，究竟能人有多头疼？

“现在”是一个非常简单、迷人而又神秘的概念。

你知道它的含义，但你会发现，除非通过循环论证，否则很难去定义它。

词典里，只会粗略地写下这样一句不明所以的话：“现在”是把过去同未来分开的时刻。

也就说，“现在”指的是一个特定的时间，但这个时间又是不断变化的，时间的推移永不停歇。我们在时间中运动，但却不能控制时间的运动，更无法用语言和思维去描述。

我们每个人对时间，虽然有着深刻的体会，然而，关于时间的基本原理，我们却知之甚少。

人类对“现在”的运动、时间的流动的认知，似乎是由从眼睛、耳呆或指尖发送信号至大脑，大脑进行记录、注意和记忆的过程所用的毫秒数决定的。对于人类而言，整个过程需要几十分之一秒。

时间的速率不单使科幻电影陷入窘境，进入21世纪，“现在”的难以捉摸的意义更是成为了物理学发展的绊脚石。

“现在”——这一神秘而短暂的时刻，每一瞬间其意义都在变化，长期以来让无数的牧师、哲学家和物理学家感到迷惑，而且他之所以迷惑，都有各自的理由。

从古代到文艺复兴，亚里士多德的《物理学》一直主宰着科学。它是中世纪天主教会的科学圣经。伽利略就是因为否认了这本书中的一些主张，而遭到了审判。

在这本《物理学》中，伟大的亚里士多德用了四个章节努力阐释时间和“现在”的概念，他是这么写的：

“现在”不是一个部分概念：部分是整体的度量单位，因为整体必须由部分组成。另一方面，时间不是由一个个“现在”组成的。此外，“现在”似乎连接了过去和未来——它总是保持不变，还是总在变化之中？这很难说。

如果它总在变化之中，没有一个部分在时间上与其他部分重合（除非一部分包含另一部分，像较长的时间包含较短 的时间那样），并且“现在”不是现在（即便以前是），且在某些时候已然停止前进，那么一个又一个“现在”也不能与其他部分重合，先前的“现在”必定已经停下。

亚里士多德

不管你有没有看明白，可以确定的是，亚里士多德老爷子把自己都绕晕了。

另外一位大牛奥古斯丁在经典名著《忏悔录》中为自己无法理解时间的流动发岀了感叹。他写道：

什么是时间？如果没人问我，我就很明白；当我想去解释的时候，自己却不明白了。

这句写于5世纪的悲叹引起了来自21世纪的我们的共鸣。

奥古斯丁的难题在一定程度上源于他的信仰，即上帝是全知全能的。他又创造性地提岀了一个惊人的概念：上帝必定是永恒的。

奥古斯丁

这一著名的思想限定了现代物理学的研究范畴 ——描述时空图中物体在时间层面上的特性，但这些时空图却将时间的流动或“现在”存在的事实排除在外。

奥古斯丁称，对于人类，没有过去或未来，只有三种“现实”：对过去的事物的记忆，对现存事物的视觉感知以及对未来事物的展望。”但奥古斯丁对这种解释并不满意，他说：“我的灵魂渴望解开这最棘手的谜题。”

这个问题有多难呢？

就连前无古人的艾萨克·牛顿在面对这个问题的时候都有意地略过了这个问题。

在他的划时代巨著《自然哲学的数学原理》中说：“我没有给时间、地点和运动下定义，是因为人们对此早已熟知。”

牛顿

言下之意是，让他去界定这些概念，他也只能大喊一声：臣妾做不到……

时间和空间一起构成了我们经历生老病死的世界，而经典物理学的预测正是基于这个时空交织的世界。但直至20世纪初，物理学界才开始认真审视这个问题。

因为，一个伟大的人物——爱因斯坦出现了。

他所做的工作对我们理解“现在”而言至关重要，因为是他将时间纳入物理学的研究范畴……

“现在”，被相对论彻底改变了！

比如我说“火车7点到站”，我的意思是："我手表上的时针正好指向数字‘7’，该事件与火车到站同时发生。”

这一简单得似童话的句子出现在了当时主要的物理学期刊——1905 年6月30日发行的《物理学纪事》上。

而爱因斯坦的这篇文章，称得上一百多年来对物理学影响最为深远的文章。

相对论诞生的前一年，即1904年时的阿尔伯特·爱因斯坦

虽然爱因斯坦论文的题目是“论动体的电动力学"，但确切的题目或许叫“相对论——有关时间和空间的革命性认识”更为合适。

在1929年《纽约时报》的一篇报道中，爱因斯坦说过这样的话：“在一位漂亮姑娘身边坐上两个小时，你会觉得只过了一分钟；而坐在火炉上—分钟，你会觉得已经过了两个小时。”

千万不要以为大师也喜欢开小车车，事实上，这句话触及了相对论的一条核心特征：除了你初中就学过的速度之外，时间本身也是有参考系的！

爱因斯坦指出，事件发生的时间取决于所选的参考系——地面、飞机、地球、太阳或者宇宙。不同参考系下的时间都是不同的。

对于低速运动，即速度小于或等于每小时160万千米的运动而言，不同参考系下的时间虽然不同，但差别非常小。

在参考系高速运动，也就是以接近光速的速度运动时，不同参考系下的时间差别就会非常大。

举个例子，假设你正在一艘宇宙飞船上。以地球为参考，它的速度是光速的97%。

以宇宙飞船作为参考系，你的每个生日之间相隔一年。以地球作为参考系，你的两个生日之间的间隔就不再是一年，而是三个月。

马赫数的定义是某点的速度与声速之比，同理，光速的定义就应该是某点的速度与光速之比。光（在真空中）的传播速度为1光速。假设你的运动速度是光速的一半，那么你的速度就是0.5光速。

在比较两个参考系的时间间隔时，发生了拉伸，这个时间膨胀系数叫做γ。在电子表格中，其公式可以写为γ= 1/SQRT（1-B1²），其中B1为光速。

你会发现在光速为0时，γ=1，因此在你静止的时候时间没有拉伸。如果光速为1，你会发现γ等于1除以0，即无穷大。

这意味着当物体以光速移动时，时间（以地球为参考系）是静止的。在该物体的固有参考系中， 一秒钟相当于地球上无限的时间。

对于GPS卫星来说，时间膨胀效应更为明显。GPS卫星的运行速度为每小时14081.76千米，相当于每秒约3.91千米。通过计算， 你就会发现卫星受到时间膨胀的影响，每天计时都会慢7200纳秒。

GPS必须考虑到这一点，因为它使用卫星上的时钟来定位。无线电波的传播速度约为每纳秒0.30米，因此如果时间误差为7200纳秒，那么卫星的定位误差就是约2.16千米。

在这种效应的作用下，如果以地球为参考系，你搭乘飞机或卫星，你的寿命就会增加，但你感觉不到时间变长了。时间只是在你运动的过程中慢了下来。你的生物钟变慢了，心跳、思维和衰老速度也是如此，所以你没有什么感觉。

这就是相对论惊人的地方。变慢的不仅是时钟，还有万物。

时间膨胀提供了一种直接穿越到未来的方法。以足够高的速度运动，你的固有参考系的时间就会减慢，一分钟可能相当于未来的一百年。

另外，根据相对论，如果突然变换参考系，未来的事件也会发生突变，时间跳跃可 以是非常大的。

计算时间跳跃的公式非常简单：γDv/c2，其中γ是伽马系数，D是事件发生的距离，v是速度变化，c是光速。

举个例子。你在家举办新年派对，而我在月球上举办。上述两个事件在“我家”这个固有参考系中是同时发生的。

如果以高能物理实验室里的介子作为固有参考系，观察相同的两个事件。距离D/C为 1.3光秒，实验室的介子速度v/c接近1光速，而伽马因子根据实验观察可以算出是637。因此，时间跳跃就是1.3和637的乘积，即828秒。

所以，“同时”举办的新年派对之间的时间差约有14分钟！哪个事件率先发生，取决于介子参考系是做朝着接近月亮还是远离月亮的方向的运动。

你发现了吗？这个例子比延长生命周期更令人困惑。但对于我们研究“现在”而言，它具有重要的意义。

爱因斯坦关于时间的研究告诉我们，时间充满了令人惊奇之处，他的结论不仅影响着我们对宇宙的理解，也影响着我们的日常生活。

相对论提出之后的世界

虽然相对论为我们理解“现在”提供了第一块拼图，但爱因斯坦仍然坚称“现在”这个难题对他造成了很大的困扰。

他认为，“现在”对人而言有着特殊的意义，不能在物理学领域进行探究：“关乎’现在’的重要认识不在科学研究的范畴之内。”

以事后诸葛亮的角度来说，爱因斯坦的理论体系确实有着不小的硬伤，他从未考虑过时间最基本的特征——时间的移动性。

时间不仅仅是第四度空间, 它在本质上是不同的：它是前进的。此外，过去与未来非常不同，我们对过去的了解远多于未来。

探究这个难题，我们就不得不提另一位物理学家、天文学家和哲学家阿瑟·爱丁顿，他以解释时间之箭的重大突破而闻名。

时间之箭非常神秘，因为我们记住的是过去，而不是未来。然而，即便给出了对时间方向性的解释，在时间的流动方面，爱丁顿依然十分困惑。

在1928年出版的《物理世界的本质》中，他写道：“时间的伟大之处在于它不断前进。”之后他又哀叹：但物理学家有时似乎倾向于忽视这个方面。

阿瑟·爱丁顿

伟大的物理学家理查德·费曼则提出，可以把正电子看作在时间中逆行的电子。这里提到的正电子是在科幻小说中被用作飞船燃料，在现实生活中被用于医疗诊断的反物质粒子。

就我们对于时间的理解而言，爱因斯坦所取得的进步是巨大的。后来，费曼发现了时间反向旅行的意义，《现在：时间的物理学》认为从那时起，对时间的理解几乎没再取得进展。

理查德·费曼

史蒂芬·霍金在他的《时间简史》中甚至没有提及“现在”这一难解之谜。

而近些年来，随着宇宙物理学的发展，时间流动的原因和难以琢磨的“现在”的含义有了找到解释的希望。

现代大爆炸理论的提出者乔治·爱德华·勒梅特，将爱因斯坦的方程应用于整个宇宙，几年后，当哈勃发现宇宙确实在膨胀时，由弗里德曼、罗伯逊和沃克独立发展的勒梅特模型成为标准模型，成了所有宇宙学家目前解释大爆炸的方式。

我们可以将大爆炸看作4D时空的爆炸。正如空间是由哈勃膨胀所产生的一样，时间也是由该膨胀所创造的。

时间的持续创造却恰好符合我们对现实的感觉。每时每刻，新的时间都在出现。新的时间正在此刻被创造。

时间的流动是由大爆炸本身决定的。未来尚不存在（尽管它包含在标准时空图中）；它正在被创造。“现在”处于边界，冲击前沿，是无中生有的新时间，是时间的前沿。

勒梅特框架，是唯一一种宇宙中所有的“现在”都是同时被创建的框架。如果这被证明是正确的，那么我们必须修正相对论。

但我们很难知道下一个物理学的启示会出现在哪里。由爱因斯坦相对论开启的物理学时代告诉我们，时间是一个适于物理学去研究的新课题。

所以，你会是下一个爱因斯坦吗？