第十八回 | 测量定义时间
撰文 | 弗兰克·维尔切克（Frank Wilczek）
翻译 | 胡风 梁丁当
在历史的长河中，人类大部分时候都是利用太阳和月亮来计时的。地球自转一周构成我们的“一天”，绕着太阳公转一圈便是我们的“一年”，而地球和月球的华尔兹则给了我们 “月”的概念。日晷利用物体在阳光下的投影来测定时辰，但它也有明显的缺陷，比如阴天多云的时候，它就不管用了。
对于更短的时间，人们在数个世纪中都是用沙漏和水钟来计量的，但它们的精确度容易受到温度和湿度变化，以及振动的影响。到了中世纪，机械钟出现了，它由摆锤与精巧的齿轮系统构成，代表了当时的技术巅峰。到了20世纪初，这些基于摆锤和弹簧的时钟进一步演变成各种做工精妙的钟表，但它们仍然摆脱不了摩擦的影响。摩擦会妨碍钟摆移动，还会导致零件损耗。
而对电磁场和物质的更深入理解，让人们能够制造更精准的时钟。电子的流动取代了流沙或滴水，电磁场取代了齿轮，微小的石英取代了弹簧。目前最先进的时钟利用原子或分子的振动来测量时间。最精确的原子钟即便经过了相当于宇宙年龄那么长的时间，误差都不会超过1秒。
当今这些精通量子力学的钟表匠还在追寻着更高的计时精度。比如，原子核的振动比原子整体的振动更快，因此有可能利用原子核的振动来计时，制造出比原子钟更准的原子核钟。精度更高的时钟可以帮助物理学家判断时间在根本上到底是连续的，还是由某种尚未探测到的离散单元组成的。更精密的时钟有着广泛的用途，比如开发更好的GPS系统，或是探测引力波。
虽然这些时钟千差万别，它们给出的时间却是一致的。我们很容易把这个事实当成理所当然，但其实它是非常不可思议的。人的情绪不同时，感受到的时间流逝速度也不同，可能是白驹过隙，也可能是度日如年。但事实上时间在极为严格地均匀流动，这是一个现实世界的客观性质，不受人主观意识的影响。
尽管我们对时间的测量越来越精确，但我们依然不理解时间的本质。在古罗马神学家、哲学家奥古斯丁（Augustine）的名著《忏悔录》（Confessions，撰写于397-398年）的第11章中，我们可以找到一段关于时间的最佳哲学讨论。奥古斯丁是一位基督教主教，一位信徒问了他一个让人头疼的问题：“上帝创造世界之前在做什么？” 奥古斯丁曾考虑过类似这样的回答：上帝在为那些窥探天机的人准备地狱。然而他最终决定认真对待这个问题，并触及了它的根源。
奥古斯丁指出，每当我们使用“以前”或者“以后”这样的术语时，我们都在谈论时间，可它的本质却似乎很神秘：“时间是什么？如果没人问我，我知道，可如果我试图去解释它，却又做不到。”但是奥古斯丁发现了一个道理，其中蕴含了后来相对论和量子理论的一个核心思想：如果要理解一样事物，你就必须考虑它是如何测量的。正如他所说：“如果我们不能测量，那它就什么都不是。”
按照这个逻辑，奥古斯丁关于“什么是时间”这个问题的答案很简单：“时间就是时钟所测量的东西。”根据这样的理解，那个信徒的问题就解决了：因为在上帝创世之前没有时钟，所以就没有时间。在当今物理宇宙学中，类似的问题依然存在，比如“大爆炸之前发生了什么？”也许奥古斯丁的回答仍然是我们能给出的最好答案：在无法测量时间的背景下讨论什么是“以前”，是毫无意义的。