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科學人 博學誌:問,時間為何物?

科學人 博學誌:問,時間為何物?

  • 雜誌名稱:科學人
  • 刊別:特刊
  • 出版地區:台灣
  • 語言:繁體中文
  • 出版日期:2016/09/20
  • 定價:380
  • 優惠價:95361
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封面故事

【問,時間為何物?】             
時間就是金錢。今天大家都耳熟能詳的這句格言,是富蘭克林在200多年前創造的。新的千禧年,以及過去的幾十年,使這句話產生了真正的意義。在21世紀,時間的價值就像前幾世紀的化石燃料與貴金屬一樣;時間繼續是刺激經濟成長的重要原料,現代經濟就是以每秒兆位元組(TB)與每秒十億位元(Gb)這些單位為基礎,所以分秒必爭,錙銖必較。
現任於英國蘭卡斯特大學的經濟學教授華克(Ian Walker)曾經為富蘭克林的格言設計了數學公式,以捕捉新千禧年的時代精神。根據此公式,刷牙所花的三分鐘,相當於49美分,換言之,要是一位普通的英國人拿那三分鐘去工作,扣了所得稅與社會安全保險金後,可以賺到那麼多錢。人工洗車半小時,相當於4.9美元。
這種把時間化約成金錢的方式,也許會把富蘭克林的格言引申到荒謬的地步。但是時間已成為商品,千真萬確,因為我們看待事象流逝的方式,已全盤改變了。人類的基本驅力從舊石器時代以來就沒有改變,都幾十萬年了。人之所以為人,大多基於飲食、男女、鬥爭、避凶的衝動,在原始社群就是這樣了。儘管這些根本的衝動是恆定的,自從我們的狩獵–採集祖先在草原上活動以來,人類文化卻經歷了一次又一次的大變動。從石器時代到資訊時代的漫長轉型期間,最深遠的變化也許以我們對時間的主觀感受為主。
時間可以定義成事件的連續流,在其中,過去的事一件又一件地承先啟後,與現在的事件、未來的事件銜接。今天,某個時段裡所塞入的事件已無止境增加了,無論間距是一年還是一奈秒;技術時代已經成為一場出人頭地的競賽:多多益善,越快越好。葛雷克(James Gleick)在《毫秒必爭》中指出,聯邦快遞(FedEx)服務在1980年代使郵遞成為家常便飯,而在過去,寄送商務文件是不作興規定「隔夜絕對送達」的。一開始,FedEx的顧客是佔到了便宜,但是不久後,整個世界都期望貨品交寄後第二天早上就要送達。葛雷克寫道︰「每個人都採用『隔夜送達』後,人與人的平等就恢復了,只有大家都加快步伐的態勢不變。」
 

編者的話

【導讀─台大物理系教授  高涌泉】                
關於時間,西方人最熟悉的一段話應該是1600多年前聖奧古斯丁(Saint Augustine)在其名著《懺悔錄》(The Confessions)第11卷第14節中所說:「可是在談話之中,還有什麼話題會比時間更為人熟悉、更是大家的共同經驗呢?我們若說起時間,當然完全清楚所要表達的意思,若是別人談起時間,我們也非常了解他們的意思。那麼,時間到底是什麼?要是沒人問我,我還知道;要是有人問我,我想解釋給他聽,便茫然不解了。」(請見第一單元〈神秘的時間流〉)
其實東方人聽到這樣的話,也應該很能認同,因為時間的確給予任何人既熟悉又神秘的感覺。不過奧古斯丁的話也意味,他想弄清楚時間是怎麼回事,在思維高度上,這樣的念頭已經超越了「逝者如斯夫,不舍晝夜」之類的感嘆。但是他的動機來自何處?他怎麼會想要追究「時間是什麼?」這種近乎無從說起的問題呢?
《懺悔錄》是奧古斯丁的自傳,記錄了他接受基督教信仰的過程。基督教教義包括上帝創造宇宙這回事,這麼巨大的信念不欠懷疑的人,這些人提出的問題之一是「上帝在創造天地之前在做什麼?」。虔誠的奧古斯丁在《懺悔錄》中極為認真正視這樣的質疑,他說:「我不會像某些人那樣開玩笑般回應:『上帝正在為隨意拋出這種深奧問題的人準備地獄』,因為這就迴避了這個嚴肅的問題。」他說寧可誠實回答不知道,也不願為了博得掌聲而隨便給個不真實的答案。
奧古斯丁提出一種想法:在上帝創造天地之前,時間並不存在,亦即時間是跟著天地(即宇宙)一起出現;既然在天地出現之前,時間不存在,當然也就沒有「之前」那時候可言,我們也就不能追問上帝是否在「那時候」無所事事。除了信仰,奧古斯丁別無依據來支持他的推論,沒有把握宣揚自己的想法,只得在書中感嘆「巴不得可以知道所希望知道的一切」。
基督教徒並非唯一在意宇宙來歷的宗教信徒,例如,達賴喇嘛在《相對世界的美麗》中寫道,在西藏傳承的古代印度佛典裡有所謂的「十四無證」,即14個沒有答案的問題,包括「自我和宇宙是永恆的嗎?」、「自我和宇宙是變異的嗎?」、「自我和宇宙有起點嗎?」、「自我和宇宙沒有起點嗎?」、「自我和宇宙既有起點,又沒有起點嗎?」、「自我和宇宙既非有起點,又非沒有起點嗎?」等這類與宇宙學相關的問題。一旦觸及宇宙學,時間的本質必是繞不開的議題。我不知道古代佛教高僧是否也像奧古斯丁對於這類問題提出了有趣的分析。
在近代科學出現之前,只有宗教給予人們明確的動機,去思考時間的意義。不過宗教家(或哲學家)往往只採用形上學分析,儘管這已經是難能可貴之事,但他們很清楚,無論多麼高明的思考都無法得出明確的答案。我可以想像,奧古斯丁與佛教高僧若是知道困惑他們的某些問題,居然在十幾世紀之後,被後代的人以他們無從想像的方式解決了,一定非常興奮。
科學和哲學、宗教不同,不會從高層次的形上學問題著手,而是從一點一滴的觀察、分析各種自然現象,慢慢拼湊出各種或明或暗的規律,讓我們逐漸看清宇宙的真實樣貌。儘管這個樣貌還是有模糊不清之處,但是與奧古斯丁所見相比,可就清晰太多了。
誰能想得到藉由對於電磁現象的研究,我們明瞭了「時間是相對而非絕對」這種概念:每個人手上的錶,前進的速率都不一樣,運動中的錶會比靜止的錶走得慢。雖然這種狀況在日常生活中不明顯,但若是以高速在太空旅行,就不能忽略了。事實上如果沒有「時間膨脹」效應,我們根本去不了幾百萬光年之遠的星球(請見第三單元〈搞懂孿生子佯謬〉)。
誰能想得到科學家在實驗室中已經可以測量出10-15秒(或更小)的時間差距,也能夠證實在地球表面兩個高低只差一公尺的原子鐘,走的速率符合廣義相對論的預測。
誰又能想得到透過對於遠處星系發出的光所做的光譜分析,我們得以知道宇宙正在膨脹,而且宇宙(時空)是在約138億年前誕生的;甚至透過對極遠處Ia型超新星的觀測,我們還知道宇宙的膨脹速率正在加快,所以宇宙的終極命運很可能就是無止盡的死寂。因此奧古斯丁「天地出現之前,時間不存在」的猜想,有可能就是事實(但仍有可進一步探究之處,請見第一單元〈時間有沒有起點?〉),而「十四無證」之中的好幾個「無證」竟然並非「無證」!
時間實在神祕,有各種值得思考的面向,在探索過程中,我們經常會有「柳暗花明又一村」之感。這本博學誌《問,時間為何物?》所蒐羅的文章從哲學、物理學、宇宙學、生物學、神經科學等角度切入,報導了關於時間的近期研究,絕對涵蓋奧古斯丁「所希望知道的一切」。
 

雜誌目錄

導  讀
4 時間,不再是難題
撰文/高涌泉
第一單元何謂時間
8 問,時間為何物?
撰文/斯蒂克斯(Gary Stix)
12 神秘的時間流
撰文/戴維斯(Paul Davies)
20 時間有沒有起點?
撰文/維納齊亞諾(Gabriele Veneziano)
32 時間是雙向的嗎?
撰文/卡洛爾(Sean M. Carroll)
40 時間有盡頭嗎?
撰文╱馬瑟(George Musser)
48 當常數不再是常數
撰文╱巴羅(John D. Barrow)、韋布(John K. Webb)
56 時空原子
撰文╱斯莫林(Lee Smolin)
66 物理學核心的缺陷
撰文╱馬瑟(George Musser)
第二單元時間感
70 時間只是幻覺嗎?
撰文/卡倫德(Craig Callender)
78 生物時鐘滴答滴
撰文/萊特(Karen Wright)
88 五臟六腑 各有時鐘
撰文╱蘇馬(Keith C. Summa)、涂瑞克(Fred W. Turek)
94 記得當時
撰文/達馬吉歐(Antonio R. Damasio)
100 文化決定時間
撰文/Scientific American編輯部
102 從轉瞬到永恆
整理撰文/拉布拉多(David Labrador)
104 愛因斯坦的火燒屁股時間
撰文/米爾斯基(Steve Mirsky)
105 時間簡史:極短篇
第三單元時間之旅
108 計時器史話
撰文╱安德魯斯(William J. H. Andrewes)
118 終極時鐘
撰文╱吉布斯(W. Wayt Gibbs)
128 度量時間,以光為尺
撰文/康帝夫(Steven Condiff)、葉軍(Jun Ye)、霍爾(John Hall)
136 如何建造時光機?
撰文╱戴維斯(Paul Davies)
142 來去時間旅行
撰文/佛爾吉(Tim Folger)
148 搞懂孿生子佯謬
撰文/拉斯基(Ronald C. Lasky)
 

內容簡介

《科學人》雜誌-全球科普雜誌第一品牌

自2002年創刊以來共11年榮獲出版界最高榮譽雜誌出版金鼎獎!身為全球科普雜誌的第一品牌,《科學人》一直領先報導全球最先進的科學脈動與產業趨勢,除生命演化及天文奧秘的探索外,也包括成就未來經濟創新的各種工具:「NBIC,Nano-Bio-Info-Cogno(奈米科技、生物科技、資訊科技與神經科技)」,及其聚合衍生的「長壽醫學」、「未來能源」、「淨化科技」、「即時通訊」、「人工智慧」及「前進太空」等產業趨勢內容。除了原Scientific American文章精確編譯外,台灣延伸企劃採訪篇章更佔40%以上,藉由淺顯易懂的編輯呈現方式,帶給產業精英、知識家庭、高中及大專院校師生最具未來性的知識力。

《科學人》雜誌即將於2017年2月滿15週年!15年來,在「廣」的方面,《科學人》月月帶給台灣讀者科學新知、科學新聞、重要科學研究;而在「精」的方面,《科學人》推出15週年特別獻禮:「博學誌」系列文集,滿足您在單一領域更深入、更全方位的知識渴望。

「博學誌」系列文集

問,時間為何物?(2016/9/20全新出版) 台灣大學物理系教授 高涌泉 專文導讀

窺探大腦(2016/10/20修訂版)  中央研究院院士 曾志朗 專文導讀

發現天文之美(2016/11/20修訂版) 國立自然科學博物館館長 孫維新 專文導讀

掌握數位生活(2016/12/20全新出版) 台灣大學資工系教授 林守德專文導讀 活靈活現動物行為(2017/1/20全新出版)金鼎獎科普作家 張東君 專文導讀

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