《时间的秩序》是意大利理论物理学家的作品，他用这部作品带我们探索时间的本质，以他的视角向大众做物理科普。

统一性的消失

让我们从一个简单的事实开始：时间的流逝在山上要比在海平面快。

爱因斯坦问了自己一个问题，在我们学习引力时，这一问题也许同样困扰过我们：太阳与地球没有相互接触，它们之间也没有任何东西可借助，那么它们是怎样相互“吸引”的呢？ 他找到了一个合理的解释，猜想太阳和地球并没有直接相互吸引，而是分别对它们之间的事物产生作用。既然在它们之间存在的只有空间与时间，他猜想太阳和地球都改造了周围的空间和时间，就像一个物体浸入水中会把周围的水排开。对时间结构的改造进而影响了物体的运动，使得它们“落”向彼此。（这是广义相对论的精髓）

“时间结构的改造”是什么意思呢？它指的就是上文提到的时间的延缓：物体会使它周围的时间变慢。地球是个庞然大物，会使其附近的时间变慢。这种效应在平原处更明显，在山上要弱一些，因为平原更近。这就是在海平面高度居住的人衰老得慢一些的原因。

物体下落就是由于这一时间的延缓。在时间流逝一致的地方，比如星际空间，物体不会下落，它们会浮在空间中。而在我们的星球表面，物体会自然倾向于向时间流逝更慢的地方运动，就像当我们从沙滩往大海奔跑时，腿上水的阻力会让我们向前方跌进海浪里一样。物体会下落，是由于在较低的位置，时间被地球减慢了。

比起我们平常模糊的视野，有时疯狂的视角看得更远。

方向的消失

不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。

每当过去与未来的差别显现，都会有热量参与其中。

球减速到最终静止下来，是由于摩擦，摩擦生热。只有在有热量的地方，才会有过去与未来的差别。例如念头，从过去延展至未来，而非反之——实际上，思考也会在我们的大脑中产生热量。

这种扰动让一切都动了起来。如果某个区域的分子是静止的，就会被附近疯狂的分子带动，也运动起来：振动会传播，分子之间相互碰撞。这样，低温物体与高温物体接触后就被加热了：低温物体的分子被高温物体的分子推动，躁动起来。它们升温了。

借助万物自发的无序化，热量就从高温物体传向了低温物体，而非反之。熵的增加只不过是普遍又常见的无序的自然增长。

熵仅仅是我们模糊的视野无法识别的微观状态的数量

当下的终结

对于一切运动的物体，时间流逝得都要慢一些。

如果你姐姐在房间里，你想知道现在她在做什么，答案通常很简单：你看看她就知道了。如果她离得很远，你可以给她打个电话问问。但请注意：如果你看到姐姐，你接收到了从她那里传到你眼里的光线——光需要花些时间到你这里，比如说几纳秒——一秒的很小一部分，那么，你并没有看到她现在在做什么，而是看到了她几纳秒以前在做什么。如果她在纽约，你从利物浦打电话给她，她的声音要花几毫秒到你这儿，所以你最多能知道的是你姐姐几毫秒以前在做什么。不过这也许并没有很明显的区别。

然而，如果你姐姐在比邻星b上，光从那里到你这儿要花四年。因此，如果你从望远镜里看到她，或者从她那儿收到无线电信号，你得知的是她四年前在做的事，而不是她现在正在做什么。比邻星b的现在显然不是你通过望远镜看到的，或是通过无线电听到的。 也许你会说，你姐姐现在做的，是从你透过望远镜看到她的时刻起，四年之后将要做的？但并非如此，这也行不通：在你透过望远镜看到她的四年后，在她的时间里，她也许已经返回地球，并且是在未来的十个地球年以后了（是的，这的确可能！）。可是，现在不可能在未来……

也许我们可以这样做：如果十年以前，你姐姐就动身前往比邻星b，并随身带着日历来记录时间的流逝，那我们可以说，现在对她而言，是她记录下的十年过去了的时刻吗？不行，这也行不通：也许当她回到此处时，相对于她的时间过了十年，而相对于此处的时间却过了二十年。那么在比邻星b上，现在到底是何时呢？ 事情的真相是，我们需要放弃问这个问题。

在比邻星b上，并不存在一个特定的时刻，与此时此地的当下相对应。

“当下”的概念涉及与我们邻近的事物，而非远处。 我们的“当下”不会延伸到整个宇宙，它就像我们周围的一个气泡。 这个气泡可以延伸到多远呢？取决于我们限定时间的精确程度。如果用纳秒，“现在”的定义仅有几米；如果用毫秒，那就有几千公里。作为人类，我们对几十分之一秒都很难分辨出来，我们可以把整个星球都看作同一个气泡，在谈及现在时，可以认为对我们而言这是同一个瞬间。这就是我们可以做出的最大限度的近似。

独立性的消失

在爱因斯坦告诉我们这些不真实以前，我们是怎么知道时间在每个地方都以相同速度流逝的呢？肯定不是我们对时间流逝的直接体验告诉我们，时间在任何地方都一直以相同的速度流逝。那我们是从哪儿知道的呢？

根据定义，所谓正午，就是太阳在最高点的时候。每个城市与村庄都有一个日晷，可以记录下太阳在正中央的时刻，让钟楼上的时钟和它校准，让人们能够看到。

人们达成了一个折中方案，把世界划分为不同的时区，如此一来，就只需在每个时区内标准化时间。这样，时钟的十二点与当地的正午之间最多出入三十分钟。这个提议逐渐在世界各地被采纳，不同城市的时钟开始同步。

已知的第一个问出“时间是什么”的人是亚里士多德，他得到的结论如下：时间就是对变化的量度。事物在不停变化，我们以“时间”为度量——对这种变化的计量。

牛顿认为，“真实的”时间无法直接触碰，只能通过计算间接地理解。它与计量天数的时间不同，因为“每一天实际上是不平均的，虽然通常认为它们都相同，并且被用以度量时间。也许宇航员可以用更精确的时间来测量地球的运动，修正这种不平均”。

几个世纪以来，真理似乎来到了牛顿这边。牛顿模型以独立于事物的时间观念为基础，建立了现代物理学，并且行之有效。它假设时间是一种实体，均匀流逝。牛顿写出了描述物体在时间中如何运动的方程，用字母t表示时间。

在牛顿以前，对人类而言，时间是度量事物变化的方式。在他之前，没有人曾经认为独立于事物的时间有可能存在。别以为你的直觉与观点很“自然”，它们经常是那些在我们之前的大胆的思想家观念的产物。

回答“某个物体在哪里”，意思是要指明在这个物体周围有其他什么东西。如果我说“在撒哈拉”，你就会想象我被沙丘环绕。 亚里士多德是第一个敏锐地深入探讨“空间”或“位置”含义的人，并且得出了精确的定义：物体的位置是指其周围有什么。

就像探讨时间时那样，牛顿建议我们换个想法。亚里士多德对空间的定义，是举出物体周围有什么，这被牛顿称为“相对的、似真的、经验的”。而牛顿把空间本身称为“绝对的、真实的、数学的”——即便空无一物，空间也存在。

要说杯子充满空气，我们却习惯说“杯子是空的”。因此，我们可以把周围的世界看作“几乎空空如也”，只有一些物体，或者换种说法是“完全充满了”空气。

在托里拆利（Torricelli）证明了可以把空气从瓶子里移除之后，牛顿“空的空间”的观念似乎得到了印证。然而，很快人们就知道了，在瓶子内还有许多物理实体：有电磁场，以及一大群量子粒子。一个完全空白的、没有任何物理实体的无形空间的存在，仍然只是牛顿为了建立他的物理学而引入的精妙的理论概念，因为没有任何科学的、实验的证据证明其存在。

还记得第一章里在物体附近会变慢的时钟吗？更准确地说，它们会减慢是由于那里引力场较“少”，从而时间较少。 由引力场形成的帆布就像一张可以拉伸的巨大弹力床单，其拉伸与弯曲就是引力与物体下落的来源，这能够给出比旧有的牛顿引力理论更好的解释。

通过用力拍打翅膀，爱因斯坦终于明白，亚里士多德和牛顿都是正确的。牛顿凭直觉正确地意识到，在我们所见的运动与变化的事物之外，还存在着某些东西。真实的、数学的牛顿时间确实存在，它是一种真实实体，也就是引力场，那个有弹性的床单，图中的那个弯曲时空。但牛顿错在认为这个时间与其他事物无关，均匀流逝，并且独立于其他事物。 亚里士多德的正确之处在于，他认为“何时”与“何地”的确定总是与某个事物相关联，但这个事物也可以只是场，即爱因斯坦的时空实体。因为这是种动态、实在的实体，与其他作为参照物的实体一样，我们可以以此明确自己的位置，正如亚里士多德观察到的那样。

世界由事件而非物体构成

时间失去的这些部分（统一性、方向性、当下、独立性、连续性）并没有让这一事实受到质疑：世界是事件的网络。一方面，许多结论都表明时间存在；另一方面，一个简单的事实是，没有物体存在，而是事件发生。

整个科学的发展都表明，思考世界的最佳方式应该基于变化，而非不变。不是存在，而是生成。 我们可以把世界看作由物体、物质、实体这一类东西构成。或者我们可以把它看作由事件、发生、过程、出现组成。它不能持久，会不断转化，无法在时间中永恒。基础物理学中，时间概念的毁灭导致了以上两种观点中前者的崩塌，而非后者。这是一种领悟，认识到无常的普遍性，而不是一切在静止的时间里停滞。 通过把世界看作事件、过程的集合，我们得以更好地理解与描述世界。这是与相对论兼容的唯一方式。世界并不是物体的集合，而是事件的集合。

把世界看作事件网络才行得通。简单的事件，以及可以被分解为简单事件组合的复杂事件。举几个例子：一场战争不是物体，而是一系列事件；一次暴风雪不是物体，而是事件的集合；山上的一朵云不是物体，而是风吹过山上时空气中水蒸气的凝结；波浪不是物体，而是水的运动，而且形成波浪的水总是不同的；一个家庭不是物体，而是关系、事件、感受的集合。一个人呢？当然也不是物体，就像山上的云，它是食物、信息、光、语言等进进出出的复杂过程……它是社会关系、化学过程、情感交流网络中的一个结点。

视角

过去与未来之间的全部差别也许单纯是因为熵在过去要低一些。熵为何在过去会低呢？

无论我们人类有什么特殊之处，具体说来，我们只是自然的一分子，只是宇宙这幅宏伟壁画的一部分，只是和其他众多部分一样的一小部分。

在我们与世界的其余部分之间，存在着物理相互作用。很明显，并非所有变量都与我们或我们所在的那部分世界相互作用。只有很少的变量会有影响，绝大多数根本不会有什么影响。它们不会记得我们，我们也不会记住它们。世界的不同状态对我们来说似乎是等价的，这就是其中的原因。世界的两个部分——我与一杯水之间的物理作用，独立于水中单个分子的运动。同样，世界的两个部分——我与一个遥远星系之间的物理作用，也会忽略在那里出现的细节。我们对世界的视野之所以是模糊的，是因为我们所处的这部分世界与其余部分之间的相互作用会无视很多变量。

一个物体的速度不是这个物体本身的属性，而是这个物体相对于另一物体的属性。在一列行进的火车上奔跑的孩子的速度相对于火车有一个值（每秒几步），相对于地面又有一个值（每小时一百千米）。如果孩子的妈妈告诉他“不要动”，她并不是让他从窗户跳出去，相对于地面静止。她的意思是孩子应该相对于火车停下来。速度是一个物体相对于另一物体的属性，是个相对量。 熵也是如此。A相对于B的熵，要计算A与B物理作用中未能区分的A的状态的数量。

世界的熵并非只取决于世界的状态，也取决于我们模糊世界的方式，而这又取决于我们与哪些变量相互作用，即我们这部分世界与变量的相互作用。 在遥远的过去，世界的熵在我们看来非常低，但这也许没有反映出世界的准确状态，也许只考虑了我们作为物理系统相互作用过的变量的子集。我们与世界之间的相互作用，以及描述世界所用的一小部分宏观变量，会产生模糊，正是由于这种显著的模糊，宇宙的熵才很低。 这一事实开启了一种可能性：也许并不是宇宙在过去处于一种特殊状态，也许其实是我们，以及我们与世界的相互作用，才是特殊的。是我们决定了特殊的宏观描述。宇宙最初的低熵，以及时间之矢，也许更多源于我们，而非宇宙本身。基本的理念就是如此。

我们与世界其他部分特殊的相互作用如何决定最初的低熵呢？ 很简单。取十二张牌，六张红色六张黑色，把六张红牌都放在上面。洗一下牌，然后找一找在红牌上面的黑牌。洗牌之前没有一张黑牌在上，洗完之后会有一些。这就是熵增加的一个简单例子。游戏开始时，在红牌上面的黑牌数量为零（熵很低），因为开始时处于特殊的排列。 但现在让我们玩另一个游戏。首先，随意洗牌，然后看前六张牌，并且记下来。然后洗下牌，看一看有哪些其他牌跑到前六张去了。最初一张没有，然后数量增加了，和上个例子一样，熵也增加了。但这两个例子有个关键的区别：在这个例子开始时，牌是随机排列的。是你记下了哪些牌开始时在上半部分，然后宣称它们很特殊。

对宇宙的熵而言，也许同样如此：也许它并没有处于什么特殊状态；也许是我们处于一个特殊的物理系统中，相对于这个系统，宇宙的状态才很特殊。 但为什么会存在这样一个物理系统，宇宙最初的状态相对于它会如此特殊呢？因为在广袤的宇宙中存在着无数物理系统，彼此相互作用的方式更是数不清。在这些系统中，通过无休止的概率游戏以及庞大的数字，必然会有某些系统在与宇宙其他部分相互作用的过程中，某些变量在过去刚好呈特殊值。

如果我们对世界做出一个忽略视角的描述，即只“来自外部”，脱离空间、时间、主体，那么也许我们可以说出许多事情，但会丢失世界的某些重要方面。因为展示给我们的世界正是从世界内部看的，而不是从外部。

在基本层面，世界是事件的集合，不按时间顺序排列。这些事件会在先验的物理量之间显示出同一层次的关系。世界的每个部分与全部变量的一小部分相互作用，数值决定了“世界相对于那个特殊子系统的状态”。

特殊之处会出现什么

推动世界的不是能量，而是熵

在学校里，我被告知让世界运转的是能量。我们需要获得能量，比如从石油、太阳或核能那里。能量使机器运转，让植物生长，让我们每天早上起来充满活力。 但还有些东西没有被考虑进去。我在学校里还被告知，能量是守恒的，它既不会被创造，也不会被毁灭。如果它是守恒的，为什么还需要不断补充呢？为什么我们不能一直使用相同的能量？ 真相是有很多能量，而且没有被消耗掉。世界运转需要的不是能量，而是低熵。

让世界运转的不是能源，而是低熵源。没有低熵，能量会稀释成相同的热量，世界会在热平衡态中睡去——过去与未来不再有分别，一切都不会发生。

在地球附近，我们有着丰富的低熵源——太阳。太阳给我们送来炙热的光子，然后地球向黑暗的天空辐射热量，发射冷的光子。输入的能量与输出的能量大致相等，因此，在交换过程中，我们并没有得到能量（在交换过程中得到能量对我们而言是灾难性的，将会导致全球变暖）。但对于每个到来的热光子，地球会发射十个冷光子，因为来自太阳的一个热光子与地球发射的十个冷光子具有相同的能量。一个热光子比十个冷光子具有的熵更少，因为一个（热）光子状态的数量比十个（冷）光子状态的数量要少。因而，太阳对我们而言，是个丰富且持续不断的低熵源。我们拥有充足的低熵可以使用，能够让动植物成长，让我们建造汽车与城市，以及思考和写书。 太阳的低熵来自何处呢？原来，太阳诞生于一个熵更低的状态，形成太阳系的原始星云甚至有着更低的熵，如此，一直向过去追溯，直到宇宙最初极低的熵。 正是这个熵的增加驱动了宇宙的伟大故事。

但宇宙熵的增加并不迅速，不像盒子里的气体突然爆炸那样，它是渐进的，需要时间。即便有个巨大的汤勺，要搅拌宇宙这样大的东西，也需要时间。首先，宇宙熵增加的路上有很多阻碍和关闭的门，只有经历极大的困难才能出现通道。 比如，一堆木头如果放着不管，可以存在很久。它不处于熵最大的状态，因为构成它的元素——比如碳和氢——以一种非常特殊的方式（有序的）结合在一起，从而形成木头。如果这些特殊的结合破裂了，熵就会增加。这就是木头燃烧时会出现的情况：这些元素会从构成木头的特殊结构中脱离，熵大幅增加（事实上，燃烧是个显著的不可逆过程）。但木头不会自己燃烧起来，它会在低熵状态维持很久，直到有东西打开一扇门，让它进入更高熵的状态。一堆木头就像一副牌，处于不稳定状态，但除非有某样东西让它进入更高熵的状态，否则它不会瓦解。比如说，这种东西可以是一根火柴点燃的火焰，这个过程会开启一个通道，木头可以由此进入更高熵的状态。

有些阻碍的情况存在，进而减缓整个宇宙熵的增加。例如，在过去，宇宙基本上是一大片氢，氢会结合为氦，氦比氢的熵要高。但这一情况的出现需要开启一个通道：得有星星燃烧，让氢燃烧成为氦。什么会使星星燃烧呢？这就需要另一个熵增加的过程——环行星系的氢云引力造成的收缩。收缩的氢云比分散的氢云具有更高的熵，但氢云太大了，需要数百万年才能收缩。只有集中起来以后，它们才能加热到某个点，引发核聚变过程。引燃核聚变为熵的进一步增加打开了大门：氢燃烧为氦。 整部宇宙史都由这种断断续续的或急剧的熵增组成，既不迅速也不均匀，因为一切会一直陷在低熵的凹地里（木头、氢云），直到某样东西把大门打开，让熵增过程出现。熵增本身也会打开新的大门，由此熵继续增加。比如，山里的水坝可以存水，直到它随着时间推移逐渐损坏，水会再流到山下，使得熵增加。在这个毫无规律的过程中，宇宙中或大或小的部分会在相对稳定的状态下保持孤立，并且可能会持续很久。

即便最平淡无奇的现象都由热力学第二定律掌管。石头会落到地面，为什么呢？人们经常解读说，这是因为石头会把自己置于“较低能量的状态”，因而最终会停在较低位置。但为什么石头会让自己处于较低能量的状态呢？如果能量是守恒的，为什么它会失去能量呢？答案是当石头撞击地球时，会加热地球：它的机械能会转化为热量，并且热量无法收回。如果热力学第二定律不存在，如果热量不存在，如果微观聚集不存在，石头就会永远反弹下去，永远不会停下来。 让石头停在地面以及让世界运转的，是熵，而不是能量。

熵在过去比较低这一事实导致了一个重要结果，它对过去与未来之间的区别十分普遍也很关键：过去会在现在留下痕迹。 痕迹到处都有。月球上的坑证实了过去的冲击，化石展现出很久以前生物的模样，望远镜可以证明星系在过去有多远，书本记载着我们的历史，我们的脑海中充满记忆。 存在的是过去的痕迹，而非未来的痕迹，仅仅是因为过去的熵较低。不可能有其他原因，因为过去与未来之间区别的唯一来源就是过去的低熵。

安眠的姊妹

“每一天都有无数人死去，然而那些还活着的人就好像会不朽一样在生活。”