時間的起起落落，時間和空間又如何不同？

與諸多常識相符的傳統時間觀念，長期以來受到一系列降級的打擊。時間在物理學中承擔過許多工作，但隨著物理學的逐步發展，這些工作已經一項接一項被「外包」出去了。

儘管初看起來或許並不明顯，但牛頓運動定律要求時間擁有許多特殊性

質。事件發生的先後次序，原則上能被所有觀測者認同。經典物理學假定，不論某一事件發生在何時何地，你都可以客觀地說出它發生在宇宙中任意一個其他事件之前、之後，還是同時。因此，時間為世界上的所有事件提供了一份完整的先後次序。「同時」是絕對的，是一個與觀測者無關的事實。不僅如此，時間還必須是連貫的，這樣我們才能定義速度和加速度。

經典的時間還必須有一個衡量時間持續長短的概念，物理學家稱之為度規（metric），這樣我們才能說清不同的事件彼此在時間上相差多遠。比方說，奧運會百米短跑冠軍烏塞恩·博爾特（Usain Bolt）最快可以跑出12米/秒的速度，但要使用這樣的表述方式，我們必須有一個度規來標明一秒鐘有多長。就像事件的先後次序一樣，持續時間也與觀測者

無關。如果張三和李四都在3點鐘離開學校，各走各的，6點鐘在家碰頭，那麼不論是對張三還是李四來說，這段時間持續的長短都相等。

從本質上來講，牛頓提出，這個世界生來就配備了一個地位超然的母鍾。母鍾以獨一無二的方式，客觀地將世界分割成時間的一個個瞬間。牛頓物理學只遵從母鍾嘀嗒作響的腳步，無視其他時鐘。此外，牛頓還覺得時間在流淌，這種流淌給我們提供了一個箭頭，告訴我們哪個方向才是未來——不過嚴格說來，他的定律並不要求時間非得具有這些額外特徵不可。

在今天的我們看來，牛頓的時間觀念或許有些老土，不過只要稍加思索，我們就會為之驚嘆。它的許多特徵——次序、連貫、持續、同時、流淌，還有箭頭，

在邏輯上都可以彼此拆分，然而它們又都有機結合在一起，構成了牛頓稱之為「時間」的母鍾。這些特徵的這種組合方式大獲成功，以至於它被原封不動地傳承了近兩個世紀之久。

時間和空間如何不同？

物理學家、藝術家和各種各樣的插圖畫家，通常都把時間描繪成另外一個空間維度，從而繪製出一個均一的時空——這裡顯示的是一個三維立方體，一個小球被其中一面牆反彈了回來。相對論認為，時空可以沿著各個方向將它切片。但並不是說，所有切片方式都同樣合理。

通常的切片方式，把空間按照一系列不同的時刻切分開來，創造出一部小球運動的「影片」。根據我們熟悉的物理學定律，從每一幀都可以推導出下一幀。

在另一種方法中，切片方向不是從過去到未來，而是從左到右。每塊切片上都既有空間又有時間。在牆左側的切片中，小球會出現在兩個位置；而在右側的切片中，小球根本就不出現。奇怪嗎？確實奇怪：在這種情況下，物理學定律運用起來非常不便。

直到19世紀末20世紀初，對這一時間觀念的攻擊才拉開序幕。打出第一拳的是奧地利物理學家路德維希·玻爾茲曼（Ludwig Boltzmann）。當時他推論說，不論時間是正向還是反向流淌，牛頓定律都同樣適用，因此時間本身並沒有內置一個箭頭。相反，他提出，「過去」和「未來」的差別並不是時間所固有的

而是由宇宙中物質組織過程的不對稱引起的。儘管物理學家至今仍在為這一提議的細節問題爭論不休 玻爾茲曼還是令人信服地從牛頓時間中剔除了一個特徵。

第二輪攻擊則是由愛因斯坦發動的，他廢除了絕對同時的概念。根據他的狹義相對論，事件是否發生在同一時刻，取決於你的速度有多快。發生事件的真正「舞台」既不是時間，也不是空間，而是它們的結合——時空（spacetime）。以不同速度運動的兩個觀測者對同一事件發生在何時何地會有不同的看法，但對於事件所處的時空位置，他們能夠達成共識。時間和空間都不是基本概念，用愛因斯坦當年的大學教授、數學家赫爾曼·閔可夫斯基（Hermann Minkowski）的話來說，它們「註定要消散在純粹的陰影之中」。

到了1915年，愛因斯坦發表廣義相對論，將狹義相對論擴展到了存在引力的環境中，傳統時間的處境就更窘迫了。引力可以扭曲時間，因此這裡流逝的一秒和那裡流逝的一秒並不是一回事兒。哪怕是在理論上，同步時鐘並讓它們保持同步也只在極少數情況下才有可能做到。你不能再想當然地以為，僅僅依據一個時間參數就能把這個世界一秒一秒地區分開來。在極端情況下，這個世界或許完全不可能分割成時間的一個個瞬間。如此，想要說某一事件發生在另一事件之前或之後也變得不可能了。

廣義相對論中有許多名字裡帶有「時」字的函數，比如坐標時（coordinate time）、原時（proper time）和全局時（global time）。它們共同承擔起了牛頓「時間」所做的許多工作，但它們之中似乎沒有哪個能夠擔當得起「時間」二字。物理學並不聽從這些時鐘的指揮，就算聽從，這些時鐘也只對宇宙中的一小塊區域有效而已，或者只對某些特定的觀測者有用。儘管物理學家直到今天才開始為大統一理論必須要消滅「時間」而犯愁，但我們有理由說，「時間」早在1915年就已經丟失，只是我們一直沒有充分正視這一點罷了。

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