从爱因斯坦费曼到霍金，人类居然都说不清什么叫现在

　　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。在电子表格中，其公式可以写为1SQRT（1B1），其中B1为光速。
　　你会发现在光速为0时，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：Dvc2，其中是伽马系数，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DC为1。3光秒，实验室的介子速度vc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？