時間往事：過去，現在和未來

1967年10月，全世界的科學家齊聚巴黎，參加國際計量大會。10月13日，與會者一致同意更改「時間」的定義。在人類漫長的歷史長河中，人們都是根據天體的運動規律來計算時間的，日出而作，日落而息，一天就過去了。後來，我們逐漸發明了功能更強大的時間測量工具，其中有追蹤時間流逝的日冕、圭表和機械鐘。依賴於古埃及人和蘇美爾人的十二進位傳統，我們開始將時間分為更小的單位——小時、分鐘、秒。但是，大約在60年前開始，隨著計時工具精度的提高，我們開始發現天體節拍器的瑕疵，事實證明這些天體並不如我們想像中的那麼「守時」。這也是1967年國際計量大會要解決的問題。想要將時間測量的精確度提升幾個數量級，我們需要將測量依據從這些巨大天體換成最微小的實體。時間測量的革命，將告訴我們穿越過去和未來的時間故事：我們來自哪裡？我們未來將到哪裡去？

時間革命1：伽利略的擺鐘和打卡制度的誕生

義大利著名旅遊景點比薩斜塔，已經在比薩大教堂旁邊聳立了數千年。這兩個建築都在科學進步史上留下了濃墨重彩的一筆，科學家伽利略在比薩斜塔進行的自由落體實驗，推翻了幾千年前亞里士多德的物體下落速度與物體重量成正比的觀點。比薩大教堂的科學故事也同樣與伽利略有關，1583年，19歲的伽利略坐在比薩大教堂長椅上胡思亂想，他注意到教堂拱頂上有個吊燈在來回搖晃，而且來回搖擺的時間似乎總是固定的。伽利略通過他能找到的唯一值得信賴的鐘錶——自己的脈搏證實了這個想法。來回搖擺的吊燈在年輕的伽利略腦海中播下了創意的種子，在接下來的20年，伽利略成了一名數學教授，使用天文望遠鏡研究天體的運行規律，並且基本創立了現代科學。搖擺的吊燈在伽利略腦海中仍然揮之不去，他研究發現，物體搖擺所需的時間和搖擺的幅度大小及質量毫無關係，僅僅取決於物體的擺長。也就是說，無論擺幅大小，持續的時間都相同。

持續相同的時間在伽利略的時代顯得無比神奇。這一時期，最先進的計時技術也只能精確到天數。16世紀的人們根本不在意計時是否精確，因為生活節奏緩慢，人們不需要像今天這樣爭分奪秒，忙忙碌碌。但航海業對計時的精確性要求極高，水手們得通過鐘錶記錄已知地點和所在地點的時間差來計算在海上的經度：每差4分鐘，換算成經度就是相差1度，也就是赤道上的68英里，從而獲知船在海上的位置。問題是當時計時工具，由於技術方面的原因，每天不是慢20分鐘，就是快20分鐘，導致水手們測算經度的誤差極大。歐洲各國開始提供賞金，鼓勵人們想辦法解決計時精確性的問題，讓經度的確定更加準確。西班牙過完菲利普三世就曾經設立著名的「經度」獎，提供價值超過100萬美元的獎金。也就是說，如果你帶著今天隨處可見的廉價電子錶穿越回16世紀，就可以解決世界性難題，並且成為百萬戶富翁。由此可見，科技的發展速度遠遠超出人類的想像。

計時精確的需求如此急迫，解決問題的報酬又如此豐厚，這使伽利略想起了念念不忘的吊燈和它持續的「相同時間」，於是他開始把目標轉向擺鐘。經過58年的醞釀，他關於擺鐘記錄時間的奇思妙想逐漸成型。這一偉大創意來源於多種學科和需求的交叉點：比薩大教堂吊燈的擺動規律，伽利略對天體運動規律的研究，大航海時代的到來及其對精準計時的需求。在兒子的幫助下，伽利略設計了世界上第一個機械擺鐘。到17世紀末，機械擺鐘在整個歐洲已經變得隨處可見，甚至成為了經濟富裕和時髦的象徵。如果某個人在社會經濟中發生了階級躍遷，最明顯的信號是他有了一塊懷錶。但機械擺鐘的意義遠大於此，它在一周內的計時誤差僅僅在一分鐘左右，精確性是之前鐘錶的100倍。並且，機械擺鐘讓我們開始有了精確的時間觀念，也引發了一系列的社會變革。

當我們提到工業革命時，首先映入腦海的是白色的蒸汽和轟鳴的機器聲。但是，如果你靜下心來仔細聆聽，你會發現，在喧鬧的工廠中還有一種更加柔和、有序的滴答聲無處不在，那就是機械擺鐘靜靜地為我們計時。如果沒有精確的計時技術，工業革命還會發生嗎？答案是肯定的，缺乏精確計時技術，工業革命仍舊會發生，這是歷史的潮流，不可阻擋，但發生的時間可能會晚一些。因為計時技術的發展和積累給工業革命提供了溫床，讓其茁壯成長。計時精確的鐘錶讓水手們更加容易地確定海上經度，極大地降低了全球航運網路的風險。這就為最初的資本家和工廠主提供了源源不斷的原材料，並幫助他們打開了海外市場，促進了資本主義經濟的極大發展，給工業革命的發生提供堅實的經濟基礎。在17世紀末，英格蘭的工匠們掌握了精細的手錶製造工藝，能製造出質量最好且準時的手錶，產品遠銷海外。由此完成了工業革命所需的細工具的技術儲備。就像穆拉諾島的玻璃眼鏡商的玻璃製造技術催生瞭望遠鏡和顯微鏡一樣。鐘錶匠成為了引領工業管理學誕生和發展的先驅。

工業革命需要鐘錶來重新調整新的工作管理制度。在持續了幾千年的農耕經濟和封建經濟中，時間單位是由完成一項工作所需的時間來考量的，一天並未分成抽象的數學單位，工匠們也不是按照小時計算薪酬，而是按件計酬，也就是按生產產品的件數來計算薪酬。按件計酬導致工匠們的日常工作安排十分混亂，毫無時間觀念，生產效率十分低下。而在工業革命時代，這種田園式的、散漫的工作節奏顯然是行不通的，資本家需要將上千個工人組織起來，統一行動，以跟上工廠的生產節奏，提高生產效率。因此，只有重塑時間觀念，才能提高切實可行的生產力。陶器製造商喬賽亞·韋奇伍德是全世界第一個引入工作「打卡」制度的資本家，現代社會普遍採用的小時工資制度，最初就是來源於這次時間方案改革。今天，我們已經適應了工作日嚴格的時間方案，它似乎成了我們的第二天性。但在當時，這種新的時間方案給人們的觀念帶來了強烈的衝擊，也激起了許多人的反對。19世紀初，許多浪漫藝術家拒不按照鐘錶來生活，他們很晚睡覺，在城市裡漫無目的地遊盪，就像二戰後美國的嬉皮士一樣。

當然，在19世紀初，並不是每個人都擁有鐘錶，能夠享受精準計時的便利，便攜的懷錶更是一種奢侈品。直到19中期，美國馬塞諸塞州一名銅匠的兒子阿倫·丹尼森開始使用新流程來製造便攜手錶。在當時手錶的製作工藝十分複雜，包含一百多道工序：製作極其微小的螺絲釘、刻上螺紋、雕刻錶殼精美的花紋等等。丹尼森開始採用機器批量生產的方式，摒棄了複雜繁瑣的工序和鐘錶上華麗的珠寶飾品，製造出了更便宜、更大眾化的第一款手錶，售價是當時普通懷錶的十分之一，他將手錶以《獨立宣言》的簽署者「威廉·埃勒里」命名。丹尼森的手錶推出後大受歡迎，超過160000塊手錶銷售一空，他真正將鐘錶由奢侈品變為必需品，讓手錶普及起來，推動了人們時間觀念的塑造和時間的民主化。

時間革命2：時間標準化——格林尼治時間

丹尼森的宏大夢想是讓每個人都能擁有一塊手錶，他的手錶在美國的城鎮和鄉村迅速普及，計時雖然十分精確，但是走的時間都不一樣。在當時，美國的每個城鎮和鄉村都有自己的生活節奏，當地的鐘錶時間都與太陽在天空中的位置同步，導致全美國有幾千個各不相同的標準時間。丹尼森的手錶讓鐘錶時間民主化了，但尚未標準化。對於這種不統一，剛開始無人在意，因為對生活的影響比較小。但隨著科技的發展，人員和信息開始在各地快速流動，電報和鐵路讓鐘錶時間不統一的問題浮出了水面，就像幾個世紀之前，印刷術的產生暴露了讀者對眼鏡的需求一樣。

火車的移動速度遠超過太陽在空中的移動速度，因此，如果你在19世紀坐火車旅行，每隔一小時，你就需要將手錶調快或調慢4分鐘以適應當地的時間，單單只調時間就夠你忙得了。19世紀40年代，英國解決了這一問題，通過電報同步鐵路鐘錶，將全國時間統一為格林尼治標準時間（GMT）。但美國比英國大很多，統一為一個時區不太現實。1869年，超過10萬英里的鐵路將美國的8000個城鎮聯繫起來，在這種情況下，採用標準化時間的呼聲越來越高。直到1883年，鐵路工程師威廉·F·艾倫承擔起了這份責任，他提議將50個各不相同的鐵路時間改為4個時區：東部、中部、山地和太平洋時區。艾倫說服了鐵路老闆們，花了9個月的時間終於讓政府和民眾接受了他的時區劃分。鐵路時間終於統一了標準，極大提升了火車運營的效率。僅僅一年之後，格林尼治時間被確定為國際標準時鐘，全球被劃分為不同的時區。從這一年開始，世界開始擺脫太陽系天體運行規律的束縛，人們不再通過查詢太陽所在的位置確定時間。電報從格林尼治天文台將標準時間傳送到世界各地，將全球各地的鐘錶保持在同步狀態。

時間革命3：重新定義時間——石英鐘和原子鐘

時間測量革命的奇特性在於，它是許多學科協同創新的產物，日冕運用到了天文學知識，擺鐘來源於動力學原理的應用。無論時間測量工具變得如何先進，有一條規律是始終保持不變的：持續相同時間，天體的運行和比薩大教堂吊燈的擺動都是如此，時間的下一次革命也將依賴於此。19世紀80年代，居里夫婦最先發現石英晶體具有奇特的物理特性：受到外力的作用，這些晶體能以極其穩定的頻率震動，通電時這種現象更加明顯，也就是後來所知的「壓電效應」。

在20世紀20年代，石英晶體在相等時間裡伸縮的非凡特性被無線電工程師們加以利用，讓無線電傳輸更加穩定。但下一場時間測量革命開始於石英鐘的誕生，這項偉大的發明仍然來自於貝爾實驗室。1928年，貝爾實驗室的W·A·馬里森建造了第一塊通過石英晶體規律性振動來計時的鐘錶。與擺鐘相比，石英鐘的誤差僅為千分之一秒，讓時間測量的精確度獲得了極大的提升。馬里森發明石英鐘後的幾十年，石英鐘已普遍成為科學和工業的計時設備，等到了70年代，由於技術的進步，第一款石英腕錶開始在大眾市場上出現。直到今天，我們身邊的很多家用設備里都有石英鐘的身影：微波爐、鬧鐘、腕錶和汽車時鐘等等。但石英鐘真正意想不到的應用來自於與時間測量關係不大的其他領域。

隨著石英鐘一同出現的新的可能性是計算，計算機晶元是時間規律的主人。晶元中的微處理器每秒鐘進行幾十億次計算，並和其他電路板上的處理器交換信息，這些操作全都是由一個石英製造的主時鐘來協調完成的。一台現代計算機包含複雜的功能模塊：數據的二進位存儲原理、電路板的精細焊接工藝、可視化的視窗交互界面設計等等，但是，如果沒有石英鐘精確到微秒的計時，現代計算機就會發生混亂，就像許多士兵沒有指揮官的管理，只能是一盤散沙。

要想準確計時，最終在於找到以穩定的節奏振動的事物，比如：太陽，聖壇吊燈和石英晶體。20世紀初，波爾和海森堡等科學家率先發現原子，核電站、原子彈和氫彈因此誕生。但是，原子科學還揭示了一項不知名但同樣意義深遠的發現，即原子是人類目前所知的最穩定的振動器。這是波爾在研究圍繞銫原子旋轉的電子時發現的，銫原子中的電子不受任何阻力的干擾，他們旋轉節奏的穩定性比地球自轉高出了幾個數量級，這是絕佳的計時材料！20世紀50年代，科學家開始製造原子鐘，從而確定了新的時間標準。現在，利用原子鐘，我能夠測量到納秒級別，精確性是石英鐘微秒的1000倍。這次測量時間技術的飛躍，促使1967年召開的國際計量大會宣布，重新定義時間的時候到來了。一天不再是地球完成一次自傳的時間，而是全世界27個同步原子鐘走完的86400個原子秒。

舊時的計時器並未完全消失，原子鐘常常被用來校正石英計時所產生的隨機偏差。由於原子時間的興起，人們的日常生活已經發生急劇的變化，航空旅行、電話網路、金融市場都依賴於精確到納米的原子鐘，量子對沖基金的高頻交易就是通過計算機在納秒級別的時間內完成的。全球定位系統也不例外，通過比較3顆衛星上原子鐘記錄的時間來確定目標所在的位置，這跟之前水手們通過鐘錶確定海上經度的方法有異曲同工之妙。計時技術的每一次進步都會引起我們在地理知識上的進步，從輪船、鐵路到全球衛星定位系統，均是如此。30年前，你低頭看手錶或地圖來確定時間和位置，現在你看一眼手機就知道一切。手機之所以能顯示時間、位置和其他信息，是因為它身處一張巨大的人類智慧網路，這個網路包括：銫原子內部電子運動方式的知識，衛星通信原理，火箭動力學知識，二氧化硅晶體的壓電效應，以及微電子學和網路科學知識。但我們拿起手機時，這張凝聚著人類幾千年智慧結晶的隱形網路就開始發揮作用。從伽利略在比薩大教堂看到聖壇吊燈的擺動開始，時間測量已經走得太遠了。

時間革命4：穿越過去和未來的時間故事——碳元素年代測定法和萬年鍾

原子鐘讓我們來到納秒數量級，似乎我們把一天的時間分解的越來越小了，但是，原子時間也能朝另一個完全相反的方向移動，讓事物慢下來，用億萬年來衡量，而不是以納秒來計算。19世紀，居里夫人發現了原子的放射性，她因此成為第一個獲得諾貝爾獎的女性。她的研究引起了丈夫皮埃爾·居里的注意，他也開始投入對放射性的研究。他們共同研究發現放射性元素以恆定的速率進行衰變，比如，碳14的半衰期為5730年，也就是說將一些碳放置5730年，你會發現它減少了一半。不光是碳元素，所有的元素都有自己的半衰期。甚至我們可以將這個概念推廣到社會領域，任何存在的事物都有自己的「半衰期」，我們要多去做那些「半衰期」更長的高價值事物，比如：閱讀、學習、寫作等等，才能獲得成長。

放射性元素的半衰期又是新的「持續相同時間」來源，我們可以據此研發出新的時間測量技術。直到20世紀40年代，以碳元素的半衰期為時間單位的碳元素年代測定法才趨於成熟。絕大多數鐘錶測定的是當前的時間，但放射性碳鍾測定的是過去的時間，它每走一個刻度就表示5000年已經過去，歷經滄海桑田。多虧有了碳元素測定法，我們才知道地球的年齡並不是《聖經》中記載的6000年，而是45.5億年。碳元素測定法就像是一部時間機器，讓我們穿越到史前時代，探訪我們的祖先生活過的岩洞和他們留下的痕迹，閱讀由原子物理學寫成的地球史詩。

鐘錶不僅要記錄過去和當下，更要記錄未來。在美國東部內華達州的山脈的土壤中埋藏著一部「萬年鍾」，這個特製鐘錶測量時間的單位是文明，而不是秒。世紀的指針每年走一次，每一百年前進一格。根據設計，「萬年鍾」至少會計時一萬年，大致相當於迄今為止人類文明從起源發展到現在的時間長度。它運用的不是像石英鐘和原子鐘那樣分解時間的規律，而是一種以一個世紀或一千年的時間長度來運行的規律。這種規律旨在讓人類避免短期思考，迫使人類以巨大的時間尺度來考量自己的行為和後果。正如科技思想家凱文·凱利所言，「萬年鍾讓我們思考，作為後人的祖先，現在的我們表現合格嗎？」

這是原子時代帶給我們的關於時間的悖論。我們用精確到納秒的原子鐘指導自己的生活，將一天分割成極其短暫的瞬間。另一方面，我們也有能力利用放射性碳鍾窺探千百萬年前的地球往事，甚至以跨越數萬年的宏大視角審視人類的行為和後果。從伽利略的聖壇吊燈到波爾的銫原子，再到內華達州山脈里的萬年鍾，我們的時間線在兩個方向上取得了巨大的擴展：一個方向是微秒，另一個是千年。精準地聚焦於更短的時間，還是現在開始為未來做出跨越千年的長遠規劃？在後人眼中，我們是唯利是圖的高頻交易商，還是負責任的祖先？時間會給出它的答案。