引言

“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，而且他们之所以迷惑，都有各自的理由。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。只有“现在”，我们手头有了所有的物理知识，才能让我们了解“现在”。

“现在”的难以捉摸的意义一直是物理学发展的绊脚石。我们从速度和引力理解了时间膨胀，甚至在相对论中理解了时间倒转，但是对于解释时间最令人惊异的方面，其流动以及“现在”的意义，我们毫无进展。被称为时空图的物理学的基本蓝图忽略了这些问题，物理学家有时会将这种缺失视为一种力量，并得出结论：时间流动是一种错觉。这是后退。只要我们仍然无法把握“现在”的意义，理解时间的进一步发展——现实的关键方面——将继续被搁置。

本书的目标是把基本的物理学像拼图一样把它们拼起来，直到出现有关“现在”的清晰图片。为了完成这个工作，我们还必须找到并移除错误放置的拼图。

与“现在”相关的物理学范围非常广泛，这也解释了这一难题为何至今仍让人感到难以捉摸。物理学不是简单和线性的，必然地，这本书涵盖的巨量的材料可能远非这一本书所能容纳。诸位可以随意跳过某些章节，或是利用索引，回到你可能错过的一些关键问题。这个故事也可以被看作是一个谜题，随着线索逐渐积累，渐渐引向一个让人惊讶的答案。

我的研究背景主要是实验物理学，这门学科是通过建立和使用新的设备来衡量并偶尔发现以前隐匿的物理真理。我有两个项目与我们对时间的理解直接相关：对大爆炸产生的微波余烬的测量，以及对宇宙过去产生的膨胀的精确确定，包括发现了正在使膨胀加速的暗能量。我承认，我写了一些纯粹的理论论文，但我之所以这么做，主要是因为当时进行实验的资金不够，或者是我认为理论偏离了轨道。据我所知，这是目前唯一一本由深入参与实验工作的物理学家撰写的专门有关时间的书，而我，也将尝试对这些工作所带来的挑战和挫折提出一些自己的见解。

通往理解“现在”的道路需要五个部分。

在第一部分“令人惊异的时间”中，我从一些有关时间的已经确立，但是仍然令人惊讶的一些方面开始讨论，这些主要是由爱因斯坦发现的。时间不仅会伸展、弯曲和倒转，而且这种行为会影响我们的日常生活。GPS这种使我们不会迷路的卫星系统，完全依赖于爱因斯坦的相对论方程中有关时间的这些奇怪性质的描述。相对论让我们以四维时空进行思考。第一部分要传递的最重要的信息是，对于时间我们确实理解颇多，时间的行为不简单，但是已经由理论所确立。时间行进的速度取决于局部的速度和引力条件，甚至事件的顺序——哪个事件首先发生——并不是一个普遍的真理。此外，爱因斯坦的相对论给我们提供了了解“现在”的意义所需的大部分结构。

在第二部分“折断的时间之箭”中，我拿掉了一个放置在错误位置的拼图模块。这个理论对理解“现在”造成了最大的阻碍。这个拼错的模块是物理学家阿瑟·爱丁顿（Arthur Eddington）的理论，他提出这一理论意在解释时间之箭，即过去决定了未来这一事实。我先是提出了支持他的理论的最好的案例，但之后，我会揭示其致命的缺陷。

爱丁顿将时间的流动归因于熵的增加——熵是对于宇宙中无序的量度。相比于爱丁顿在1928年提出这个“熵”的理论，我们现在对于宇宙中的熵更了解了，因此我认为爱丁顿搞反了。时间的流动导致熵增加，而不是相反。熵的产生并没有施加那些人们常常归因于它的“暴政”。控制熵的路径其实对我们理解“现在”至关重要。

第三部分“怪诞物理学”引入了理解“现在”的另一个重要元素——量子物理学这一神秘科学。量子物理学或许是有史以来最为成功的理论——其预测与观测之间的一致性达到了小数点后十位——但这个理论既令人不安又令人痛苦。量子波鬼魂一般的行为及其测量公然违反爱因斯坦的相对论，但又不能以任何方式被人直接观察或利用。量子波的这种行为对我们的现实感造成了挑战，同时又拓展了它，我们将证明，这种现实感对于阐明“现在”是必要的。量子物理学最令人不安的，或者说具有解放意义的是过去不再决定未来，至少不能完全决定。量子物理学中一些最不直观的方面，特别是称为“纠缠”的奇怪的特征，已经被实验结果所证明，而且那些实验结果表明（好惊人！），预测未来的有限能力将永远是物理学的根本弱点。

在第四部分“物理和现实”中，我将探讨物理学的局限性。不要担心——时间和“现在”不会落入这个区域；它们起源于物理学，但我们对它们的感知取决于我们的现实感，这种感觉超越物理学。数学代表的实在性不能通过物理实验验证，甚至连像2的平方根的无理性这么简单的实在性都不能。但是还有一些其他问题，它们既是真实的，同时又不在物理学的范畴内，比如，蓝色看起来是什么样子的？对非物理学、非数学的事物予以否定被哲学家们称为物理主义。物理主义是以信仰为基础的，拥有宗教具有的所有特征。唉，与爱因斯坦的热切希望相反，我们所获得的证据表明，物理学是不完整的，它永远不能够描述所有的现实。

在第五部分“现在”，我把所有的线索编织起来，并提供了一个统一的图景，说明时间流动的原因和我们称为“现在”的短暂时刻的意义。这个答案是在四维大爆炸方法中找到的。宇宙的爆炸不仅不断创造新的空间，而且创造新的时间。时间扩展的前沿是我们所指的“现在”，时间的流动就是新的“现在”不断创造出来。我们经历的新时刻不同于前面的时刻，因为它是唯一一个我们可以对其施加选择和我们的自由意志，从而影响和改变未来的时刻。不管古典哲学家的论点如何，我们现在知道，自由意志与物理学是相容的；那些试图证明其他解释的人是基于物理主义的宗教来进行论辩。我们不仅可以利用科学知识，甚至还可以利用非物理学知识（同情、美德、伦理、公平、正义）来引导熵的流动，以强化或破坏我们的文明，从而影响未来。

我探索了对这种四维时间进程的三种可能的测试。观察到的与暗能量相关的宇宙膨胀的加速应当伴随着时间速率的加速。这个理论预测，当前时间比过去时间流动更快，这导致了我们预测新的和（可能的）可观察的时间膨胀，这是一种新的红移。在我们对大爆炸的早期时刻，即暴涨（宇宙大爆炸后的极速膨胀）阶段的研究也可以看到这一效果（对于暴涨的研究是通过检测当时发射的引力波来进行的，我们可以通过研究微波辐射的极化模式间接观察到这种引力波）。

第三个测试是当LIGO（激光干涉仪引力波天文台）在2016年报告探测到了两个大型黑洞的融合时没想的。这样的事件创造了新的空间，并且根据四维理论，也创造了新的时间。如果未来事件更大或更接近，并且有更强的信号能够被检测到的话，这将导致脉冲的后面部分出现延迟。

对于那些想看到更多数学解释的读者，我把相对论和数学结果的细节放在书后的一组附录中，此外还有一些关于非物理实在的幻想诗歌和想法。

我们开始拼图吧。