99 时间的本质

假如宇宙中只有一个原子，那么时间对于它来说，就等同于没有。为什么呢？因为老人可以相对于孩子而老去。而只有一个原子存在的话，它永远也不会老去，或者说从来也没年轻过，因为它找不到一个相比较的对象。空间也等同于没有，因为它相对于谁而有距离呢？既然没有距离的话，空间就是不存在的一个事物。

        如果宇宙中出现2个原子的时候，空间就出现了，因为既然是2个原子，就肯定存在着距离，这样空间也就出现了。当这两个原子发生相对运动的时候，那么它们之间的位置就会发生改变，而在这时，就要对这两个原子之间发生的位置改变作一个标示，这时时间也就出现了。对原子之间不同的、序列性距离相等位置变化所作出的标记，就被称为时间。

        进一步说，当一堆原子大到人的眼睛可以看到的程度——大到手表上的一个秒针，而且这个秒针以60个小的相同位置进行序列化移动一圈时，这一圈的距离就被表示为“1分钟时间”。从这里我们就可以看到，时间是对“物体运动量”的度量。

        在137亿年前的一次“点”的大爆炸，突然让宇宙产生了无法计数的原子，当然也随之出现了无法计数原子间的相对运动。时间随之产生了。在根本上，原子相对运动的速度是度量时间的标准，那么原子运动的速度有多快呢？

        在室温25℃的情况下，每一个原子在空间中运动的距离是它本身体积的10兆倍。如果按照这一比例放大到人体的话，这个人就会在一秒内狂奔5兆米，也就是会横穿过100万个地球的距离。由于原子实在太小了，所以虽然它移动了自己本身体积的10兆倍距离，但在我们的尺度下，这个距离仅是200米。

        可是每一个人都由原子组成的，那么我们为什么没有以每秒钟200米速度移动呢？原因很简单，因为每一个原子每一秒钟都会改变运动方向至少1000亿次以上。所以由1个氧原子、2个氢原子组成的水分子，在1分钟内最多也只能移动0.1厘米的距离。原子实在是太小了，那么，在这么混乱的运动中如何分辨出时间呢？关键取决于原子运动的尺度。

        比如说，我们一天的时间就是一大堆原子，即地球旋转一圈的时间。这一圈的时间也是我们可以重复看到两次太阳的时间。在一千年前，人类才将一整天划分为24等分，即24小时的由来。而在5亿年前，地球自转一圈的时间是20个小时。现在一小时的时间是人们根据今天地球自转一圈而制定出来的，所以，一小时的时间是人定的，而不是一个“想当然”的事情。

        也许令你无法相信，钟表上分针的出现仅仅不到300年的时间。是第一次工业革命导致人们需要更精准地计算工作的时间与报酬的合理性。当然火车也要更精准地开，工人要正点上班，所以分针就从钟表的表盘上长了出来，秒针也随后出现了。而且很快就蔓延到世界各地。

        就是说，人们以地球自转一圈为基准划分出了24小时，又以一小时为基准分出了60分钟，再以一分钟为基准分出了60秒钟。所以一秒钟的时间完全取决于地球自转一周的时间。而地球赤道的周长是40075.7公里。而一天中有24小时×60分钟×60秒＝86400秒。所以用40075.7公里÷86400秒＝0.4638391公里≈465米。就是说，你原地不动，地球就会带着你以每秒钟465米速度向一个方向飞奔。当然一天你会飞奔40075.7公里，这也就是人们很熟悉的“坐地日行八万里”的由来。

        所以，我们的1秒钟就是对地球转动465米距离的度量。而我们很不方便实时去测量地球转动距离来计量时间，那么，我们又以什么“东西”为测量时间的工具呢？

        1583年，19岁的伽利略一次在风雨交加中，通过观察比萨大教堂摇摆的吊顶而发现了摆的定律。他用自己的脉搏计时，他发现无论吊顶摇摆的幅度有多大，它完成一次循环摆动的时间都是一样的。由此伽利略提供给人类一个在相等时间内，完成一次振动的计时工具，这也让人们至今还用这老方法制造机械钟表。

        那么，一分钟内钟摆的摆动是多少次呢？这依赖于我们用多大的钟表和其内部构件。比如，是教堂上的大钟，还是座在地上2米高的大钟，或者是挂在墙上的小挂钟。所以，人们是反过来将地球自转一圈1440分之一区间内，即一分钟时间内，让一个秒针围绕表盘转一圈定义为一分钟。又将这一圈划分成60等份，而当秒钟移动一个等份的时候，就定义为一秒钟。

        所以，人们不是根据钟摆的晃动时间定义分钟，而是通过观察确定，一个特定大小的钟摆，在地球自转一圈的1440分之一的区间内——地球自转465米距离的情况下，这个特定大小的钟摆会以相等的时间，规律性地摆动多少次。然后，再反过来将确定后的钟摆摆动的次数，定义为一分钟的时间。

        如果一个精致钟表的钟摆在一分钟内来回晃荡了600次，那么我们就可以将时间精确到十分之一秒——因为每秒钟，钟摆会以相等的时间晃荡10次，所以才能够被精确到十分之一秒的时间。刘翔以12秒88打破世界记录，而如果用一个机械表来测量刘祥的成绩的话，就会非常困难。因为大的挂钟很难精确到百分之一秒的时间，而一分钟钟摆能晃荡600次的钟表也只能精确到十分之一秒的时间。所以，如果我们能发现一个事物可以在1440分之一的地球转动区间内，即一秒钟，以相等的时间振荡的次数越高，那么我们精确到的时间就会越短。

        在1967年，人类发现铯133原子释放出的电磁波每秒钟恒定地振动9192631770周，并在国际上，由此定义了一秒钟的世界统一时间为这种电磁波来回摆荡9192631770周的时间。也就是说，在理论上人类可以将时间精确到9192631770分之1秒的时间。当然我们也制造出了这种计时器，这种计时器叫做“原子钟”。

        今天人类制造出的原子钟其运行一亿年才有可以走慢或快一秒钟。这个钟完全超出了我们需要计量时间的精确度。所以，在本质上，时间只是人类对物质运动“量度”的一种标记方法。

        既然时间本质上是原子“相对运动”量的一个标示，那么原子相互运动的规律是怎样的？答案：依化学反应规律进行的。而化学反应，就是原子与原子发生相互间连接变化，再次组建成新分子结构的过程。比如，氢气在燃烧过程当中，会由原来两个氢分子（一个氢分子含里有2个氢原子）和一个氧分子（一个氧分子含里有2个氧原子）发生重新组合成两个水分子（一个水分子含里有2个氢原子和一个氧原子）。原子、分子发生重新组合的过程就是化学——即变化的学问。

        人体每一个细胞内每时每刻都在发生着剧烈的化学反应。比如，一个糖分子被蛋白酶“砸”成两个丙酮酸分子，丙酮酸分子再裂解释放出氢原子、碳原子。而后，这些氢与碳原子与你从呼吸得来的氧原子结合，形成水分子和二氧化碳。来自豆浆或牛肉的蛋白质被分解成更小的“砖头”——氨基酸。最终，这些“砖头”就被用来组建你的身体。所以小孩子才会长大，伤口才会愈合。

        化学反应就是原子发生重组的过程，而原子能够重组的动力来自于原子的激烈运动。如果能够让原子停止运动，那么化学反应也就停止了。既然原子之间的相对位置不再发生变化，时间也就停止了。所以我们追寻时间追寻到了原子的激烈运动上了。而进一步的问题是，是什么让原子“活蹦乱跳”的呢？