在有时钟之前,我们对时间的感觉像液体、像水银,或觉得它易变无常。前牛顿学家(Pre-Newtonians)并不假定时间举世皆然、是一种可以完全信任或不会变动的事物。时间最为人所知的特性就是相对性──这裡用的是心理学定义,因为我不想跟一九○五年出现的另一种新定义搞混。时间旅行在不同人的身上会有不同步调。
要是没有时钟,我们对时间的流逝应该更迟钝吧。

时钟使得时间具体化,而牛顿让时间……这样说吧,他让时间得到官方认证。他把时间变成科学中不可或缺的部分。时间「t」,一个可放入等式中的要素。牛顿认为时间属于「上帝的感知能力」。他的观点代代传递下来,彷彿刻在了石碑上:
绝对的、真实的、数学的时间,在其中、就其本身或其本身的性质,不受任何外部的干涉,均匀一致地流动……
宇宙时钟的流动是肉眼看不见、无法阻挡、四处皆然的。绝对时间是神的时间。这是牛顿的信条。他不但没有证据证明此事,跟其他人比起来,他的时钟根本是胡说八道。
搞不好根本没有所谓的稳定动态(motion),没有能淮确测出时间的方法。所有动态都能加速和减速,但绝对时间的流动不会那么容易地因任何变动而改变。
除去牛顿的宗教信念,驱策他的动力其实来自数学上的必要性。为了定义名词、表达他的法则,他需要绝对空间,也需要绝对时间。「运动」(Motion)的定义是:在空间中,经过一段时间后相对位置产生的变化。加速度则是这段时间的速率变化。若有绝对、真实且数学性的时间打底,他可以创造一整个宇宙论,或者可以说是世界系统(System of the World)。这是一个抽象概念,是随手拈来、可用于计算的架构。但对牛顿而言,同时也是解释世界的方式。你可以信,也可以不信。

爱因斯坦的烦恼:时间与光速的矛盾
爱因斯坦就信了。某种程度而言。
他相信,一座由法则与数值组成的雄伟建筑,能从光秃的石头小教堂成长为宏伟华美的大教堂。它会有廊柱和飞拱,佐以一层层雕刻与窗花格──而且建筑工事持续进行中,包含隐密的地窖、毁损的小礼拜堂。在这栋建筑中,时间 t 不可或缺。无人能完全掌握整个结构,爱因斯坦算是懂得比大多数人多,但他也碰到了问题,这裡有个内部矛盾。
上一世纪物理学最大的成就是苏格兰科学家詹姆斯.麦斯威尔(James Maxwell)统合电流、磁力与光──这个成就肉眼可见,而且电线拉得全世界都是。电流、磁场、无线电波和光波其实同为一体。麦斯威尔的等式初次让光速计算变得可能。但它们跟机械法则(laws of mechanics)并没有完美契合。

打个比方:根据数学理论,光波显然是波状,但是是在什么东西上的波段呢?声音震动所产生的声波需要空气、水或其他物质来传导,光波也必然包含某个看不见的介质,也就是所谓的以太──「光以太」,又或者是光物质。实验主义者当然想找出以太,但全数铩羽而归。
波兰裔美国籍物理学家亚伯特.迈克森(Albert Michelson)和美国物理学家爱德华.莫雷(Edward Morley)在一八八七年发明了一项绝顶聪明的实验,测量与地球运行方向平行的光速,以及垂直相交时的光速,但他们找不到任何差异。那么,我们真的需要以太吗?又或者,我们是否可以简单认定,移动中物体的电动力学,只是穿越过一个什么都没有的空间呢?

现在我们知道,光速在空盪无物的空间裡是固定不变的:每秒 299,792,458公尺。没有任何一架火箭的速度可以超越一闪即逝的光,甚至减少那数值一点点。爱因斯坦费尽了心力(他表示「精神非常紧绷」、「心中各种衝突拉扯著」)要找出其中意义──要摒除光以太的存在,接受光速是绝对的。
但情况实在不能再这样下去。在瑞士伯恩,某个美好晴朗的一天(他不久后才提及此事),他和朋友义大利裔瑞士籍电机工程师米歇尔.贝索(Michele Besso)促膝长谈。「第二天我又回去找他,然后跟他说──我甚至连打招呼都跳过了──『谢谢你,我已经把问题全解决了。』我的解答就是时间概念。
时间不可能是绝对的
如果光速是绝对的,那么时间就不可能是绝对的。我们一定要抛弃对完美同步的信仰:亦即两事件发生于同一时间的假设。不只一个观察者分别经历了属于自己的当下。「时间的定义不可能是绝对的,」爱因斯坦说它虽然可以被定义,但并非绝对。「而且时间和讯号速度(signal velocity)之间有著无法切割的关系。」
图/PublicDomainPicture

假设有六个短跑选手在起跑线上,将进行一百公尺赛跑。他们都以双手和单膝碰触地面,脚踩起跑器,等待枪声响起。在这个例子中,起跑时间点就会跟声波以每秒几百公尺的速度穿越空气有关。以现代标淮来看,它们太慢了。因此,奥林匹克运动赛事废除了鸣枪,转而使用电子鸣枪,电子讯号会以光速奔至扩音器了。如果再仔细思考一下同时性:光线传播到跑者、裁判和旁观者眼中的讯号速度,也必须要考虑进去。到最后,时间中不会有任一瞬间或「任一个点」是众生平等的。
再举一例。闪电打在铁轨路堤两个不同的点上(在这类故事中,火车往往比起马匹更普及),而且两点相隔一段距离。如果你是物理学家,有著最优秀而且最新颖的设备──可以判断两道闪光同步吗?你没有办法。最后你会发现,坐在火车上的物理学家跟车站裡的物理学家必定意见分歧。每个观察者都有自己的参考座标,而每一个参考座标都有自己的时间。没有宇宙时钟,也没有神的时钟,或是牛顿的时钟。