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我9岁那年，父亲将一本特别的书带回我们在曼哈顿上西区的公寓——林肯·巴内特（Lincoln Barnett）写的《宇宙与爱因斯坦博士》（The Universe and Dr.Einstein）。这本书对相对论的解释令我们父子深深痴迷。时至今日，我依然可以回想起书中的示意图：那些加速的列车和那些弯曲的星光。这，便是我与物理学的第一次相遇。
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16岁那年，一次，我坐地铁去看望我那玩摇滚乐的表哥。乘车途中，我读到了爱因斯坦关于广义相对论的第一篇论文。那时，这些我所能读到的爱因斯坦的开创性论文，往往被人收录于廉价的平装合集中。[1]现在这些论文的待遇似乎还是一样。在阅读这些论文前，我还从未翻阅过任何一本物理教科书。16岁的我尚不知道，我所阅读的文章，最为成功地展示了如何使用清晰透彻的想法表述自然的本质。我非常幸运。爱因斯坦的笔触将我引入了物理世界。这种经历有点像让一个断奶的婴儿直接享用五星级的法式大餐。此后，如果你再想喂他麦片或者果冻的话，他可能会哭闹个不停。
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在此后的物理学学习中，我发现再也没有一个物理理论能在清晰性和优雅性上企及爱因斯坦的相对论：量子力学不及它，量子场论不及它，甚至牛顿力学也不及它。阐释牛顿力学的教科书，往往在给出诸如质量与力等基本概念时便开始循环定义，这些定义难以理解，常常导致逻辑混乱。正是因为我对物理的兴趣源自爱因斯坦，他的治学标准自然而然地成了我的治学标准，他的相对论理论成了我的试金石。对于任何一个有科学素养的怀疑论者来说，相对论的原理再为神圣不过。
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然而，正是爱因斯坦的相对论，认为真实的宇宙不随时间变化，时间不过是宇宙披上的一层假象。它为这一论断提供了最为有力的论据——这也正是过去我一直相信时间假象论的主要原因。
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爱因斯坦创造了两套相对论：狭义相对论和广义相对论。狭义相对论的世界不包含引力。它的创立基于爱因斯坦在1905年“奇迹之年”发表的两篇论文。[2]10年之后，广义相对论才被创立。这一次，广义相对论包含了引力。
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从本质上说，爱因斯坦的这两套相对论是关于时间的理论。但更确切地说，它们是关于去时间化的理论。在很多人看来，它们以难以理解著称。这并非事实。在我眼中，这两套理论美丽、简洁、非常易懂。确实，第一次接触相对论的人会发现它们违反直觉。这是因为相对论指出了我们脑海深处错误的直觉，将它替换为实验吐露的真知。学习相对论需要经历一个世界观的转变。我们不得不放弃潜意识中某些关于时间的假设。但在此之后，一切都会合乎逻辑地展开。
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在这一章中，我将仅仅讨论相对论中有关时间本质的观点与结果。大多数科普读物都会给出大量例证，用以连接爱因斯坦的简单前提假设与相对论违反直觉的种种推论。[3]这里我将跳过这一步骤，直接给出我认为的再清晰不过的相对论论断。
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时间重生：从物理学危机到宇宙的未来 [:1700876962]
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他正在做什么
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让我们先考虑一下狭义相对论的两个基本概念。第一个是同时的相对性（relativity of simultaneity），第二个是块状宇宙（block universe），前者可导出后者。这两个基本概念是将时间驱逐出物理学的重要步骤。
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在构建狭义相对论的过程中，爱因斯坦针对时间的本质给出了两个策略。
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首先，他抛弃了绝对时间观而接受了相对时间观：时间意味着变化，时间描述的是我们所感知事物之间的相对关系；绝对时间或普适时间并不存在。
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其次，爱因斯坦使用了操作主义（operationalism），这一方法出现在爱因斯坦的早期工作中。操作主义认为，只有当我们规定诸如时间之类的物理量的测量方法之后，定义那个物理量才有意义。如果你想定义时间，就必须要描述你理论中所使用的时钟以及时钟的运行方式。站在操作主义的角度看科学，我们不应该问某物是否真实，而要问它能否被观测者观测。宇宙中观测者的情况必须被理论涵盖，比如，观测者身处何处、他是否运动。这样，你可以询问这些观测者是否对某一问题有着一致的答案。爱因斯坦的许多有趣发现往往起源于观测者们对同样的问题得出了不同的答案。
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现实又是什么呢？物理学家们难道不应该更关心事物的真实性，而非它能不能被观测到？这些指责并不为过。操作主义者都相信真实世界的存在，但他们同时也相信，探求真实世界的唯一途径是探索可观测的世界。所谓客观地判断某一事物是否真实，就是需要所有观测者对此问题达成一致。
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爱因斯坦的狭义相对论对于时间的一大发现就是同时的相对性。“同时”是指两个异地事件是否在某一个时间点上同时发生。爱因斯坦发现，任何有关同时性的问题都存在模棱两可的答案。如果两个事件隔着某段距离，那么以不同方式运动的观测者将就两个事件是否同时发生，得出完全不同的答案。
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身处多伦多的一位女士从梦中醒来，开始惦念她身处新加坡的恋人现在正在做着什么。以上场景对我们来说自然而然。类似地，我们似乎也可以想象，冥王星上正在发生着什么、仙女座星系的某颗行星上正在发生着什么，或更进一步，宇宙的另一端正在发生着什么。这些基于我们直觉的问题被爱因斯坦证明是没有意义的。相对运动的两个观测者会对相隔遥远的事件的同时性，得出不一样的答案。
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同时的相对性基于一些假设，其一是光速不变。对任意两个以任意速度相对运动的观测者来说，他们对光子速度的测量结果一致。我们还可以假设，任何物体的运动速度都不能超过光速。[4]在这一假设下，一个事件能影响另一事件只有在以下条件下才可能成立：信号由前一事件发出，以小于或等于光速的速度运行，并抵达后一事件。如果以上条件发生，我们说两个事件存在因果关系，前者是因，后者是果。
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时间重生：从物理学危机到宇宙的未来 [:1700876963]
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几秒钟前，他在做什么
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另一种情况也可能发生。两个事件空间间隔太远、时间间隔太短，一个事件发出的信号尚未到达另一事件。在这种情况下，一个事件无法引发另一事件，我们称这两件事不存在因果联系。爱因斯坦指出，在这种情况下，你无法判断两件事是否同时发生，抑或是有先有后。两种答案都有可能对。它们的对错取决于自带时钟的观测者的运动。对于有因果联系的事件来说，观测者们必须就事件之间的因果联系达成一致，这样物理学才不会因为原因的随意选取而变得不合理。但对于没有因果联系的事件来说，观测者们不需要就两件事的前后统一意见，因为它们无论如何也不可能相互影响。此时，爱因斯坦的狭义相对论允许观测者们各说各话。
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这样看来，对于那位身处多伦多的女士来说，惦念她身处新加坡的爱人现在在做什么，是一个不合理的问题。[5]对她来说，合理的问题是思考他几秒钟前在做什么。这几秒钟内，他发送了她正在阅读的短信。发送短信和阅读短信是存在因果联系的两个事件。所有的观测者都会同意，她正在发出的回复将改变他的生活。这一改变会发生在一分钟后他阅读回复的时候。
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除了假设存在一个所有观测者都能同意的速度上限，狭义相对论还依赖于另一假设，即相对性原理（principle of relativity）本身。相对性原理指出，除光速以外的所有速度都是相对量。哪个观测者处于静止状态，哪个观测者处于运动状态，我们完全无法分辨。假设两个观测者以相同的速度相互靠近，那么依据相对性原理，两人都可以声称自己才是静止的，而对方正在以全速接近。
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因此，如果观测者们就诸如两件异地事件是否同时发生之类的问题各执一词，那么这个问题便没有真正的正确答案。因此，同时性并不客观真实，“现在”并不真实，同时的相对性对时间的真实性造成了巨大的打击。
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