時間是我們大腦創(chuàng)造出來的嗎？

? SciTechDaily

利維坦按：

為什么我們形容時間的感受時會用“流動”這樣的表達？人類大腦處理抽象概念（比如“時間”）時，往往會借用對更具體、可感知的事物的理解?？臻g是最直觀的一個，所以我們經(jīng)常會說，“日子像流水一樣過去了”，“歲月如梭”之類的話，形容“過去”是我們身后的時間、“未來”在我們前方。

我們?nèi)粘r間的感知具有：連續(xù)性（時間不停地推移），方向性（從過去到未來），不可逆性（“流”過去的時間不能再來），這種體驗很像我們觀察河水或風從一處移動到另一處，因此“流動”就成了最符合直覺的描述方式。

根據(jù)永恒主義的觀點，時間“并不流動”，只是“存在”——過去、現(xiàn)在、未來——都同等真實地存在。我們只是像用手電筒掃一張畫一樣，主觀上“經(jīng)歷”了現(xiàn)在這個點。所以我們感覺“現(xiàn)在在變化、未來在到來”，但其實是大腦“演繹”的幻覺。不過，“時間”作為一種維度或描述變化的參數(shù)，是客觀存在的。宇宙中的過程（如恒星的誕生與死亡、放射性衰變、熵的增加）都和時間有關(guān)。但“時間在流動”這件事，或許并不一定是物理上的真實現(xiàn)象。

我從記事起就對“時間”充滿了好奇。在我本科的物理課堂上，時間總是潛藏在背景之中——它是教授們在方程式中點綴的那個“t”——但時間本身究竟是什么，卻從未真正被解釋清楚。多年后，我寫了一本關(guān)于時間的書，書中既有牛頓和愛因斯坦的章節(jié)，也加入了一定的哲學內(nèi)容，但仍然覺得有什么東西缺失了。

比如說，我們知道鐘表能夠正常運作，但我們是如何判斷時間的呢？如果你正在看電視，廣告插播開始了，你知道自己有時間去洗個手間，或者做個三明治——事實上，你甚至可能恰好能在廣告結(jié)束時回到電視機前。那你是如何這么擅長判斷這些時間間隔的？

我覺得作為神經(jīng)科學家的迪恩·布奧諾馬諾（Dean Buonomano）或許能解答這個問題。布奧諾馬諾以提出“神經(jīng)動力學”（neural dynamics）這一理論而聞名[1]。他認為，大腦中并不存在一個類似鐘表的單一結(jié)構(gòu)，而是通過一整個神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的協(xié)作來計時的。

但在布奧諾馬諾看來，大腦的功能遠不止于計時；事實上，可以說，是大腦“創(chuàng)造”了時間。正是因為有了大腦，我們才會感覺到時間的“流動”，盡管物理學中并沒有什么證據(jù)支持現(xiàn)實世界中存在這樣的流動。更重要的是，大腦讓我們能夠進行“心理時間旅行”——回憶過去的事件、想象未來的情境。他認為，這一能力對于人類從非洲草原走向全球文明的發(fā)展至關(guān)重要。

現(xiàn)年60歲、和藹可親的布奧諾馬諾是加州大學洛杉磯分校神經(jīng)生物學和心理學系的教授，同時也是布奧諾馬諾實驗室的負責人。他的新書名為《你的大腦是一臺時間機器：時間的神經(jīng)科學與物理學》（

Your Brain is a Time Machine: The Neuroscience and Physics of Time

Q：你和我都寫過關(guān)于“時間”的書——但你是神經(jīng)科學家，而我不是，所以我想我們可以先從大腦談起。即便我在一個沒有鐘表的房間里，我似乎也能合理地感知時間過去了多久。大腦是如何做到這一點的？我猜這并不像大腦里有個小鐘表那么簡單。到底發(fā)生了什么？

A：大腦在不同的時間尺度上使用了根本不同的機制來感知時間。你擁有一個“晝夜節(jié)律鐘”，它指引你什么時候餓了、什么時候該睡覺、什么時候起床。但這個“鐘”并沒有秒針，不能“報時”。它沒法幫你判斷你正在聽的這首歌的節(jié)奏。因此，這個晝夜節(jié)律鐘與其他“時鐘”是彼此獨立的。我們還有其他的“時鐘”或“定時器”，它們協(xié)助我們進行像現(xiàn)在這樣的一次對話。

我們知道，很多這樣的計時形式依賴于所謂的“神經(jīng)群體時鐘”（neural population clock）——那是一種神經(jīng)元電路，一個神經(jīng)元可以激活下一個、再激活下一個[2]。你可以把它們想象成一排接連倒下的多米諾骨牌。如果你有一長串多米諾骨牌，你就可以用它來計時，因為你可以通過現(xiàn)在倒下的是哪一塊骨牌來判斷時間。所以，大腦就是以這樣的方式來測量毫秒級別的時間——我們稱之為“神經(jīng)動力學”。神經(jīng)元組成了一個動態(tài)系統(tǒng)，它們創(chuàng)造出時空模式的活動，而我們正是通過這種時空模式來感知時間的。

? Allen Institute

Q：雖然我們大腦里沒有一個“小鐘表”，但也許我們有某種定時器？

A：我認為更準確的說法是：整個大腦本身就是一個定時器。你并不擁有一個小小的鐘表，而是整個大腦都是計時器。你沒有一個集中的定時系統(tǒng)，而是所有神經(jīng)元都可以根據(jù)需要參與到計時中。

Q：你提到了我們身體的晝夜節(jié)律鐘。能否簡要說明一下它的工作機制？

A：當然可以。晝夜節(jié)律鐘大概是我們對大腦中最了解的一個“時鐘”。它基本上是一個生化振蕩器，一個負反饋循環(huán)。它通過合成某種蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)又反過來抑制自身的進一步合成——這個過程自然的周期大約是24小時[3]。你甚至不需要大腦也能擁有晝夜節(jié)律鐘。植物有晝夜節(jié)律鐘，細菌也有。所以這是我們最原始、但從許多方面來說也是最重要的“時鐘”，因為它是由地球自轉(zhuǎn)所“校準”的。

Q：那么，我大腦中的時間感，是如何與鐘表上的時間（也就是我們常說的“客觀時間”）相關(guān)聯(lián)的？

A：我們必須將內(nèi)部時鐘（internal clock）、內(nèi)部定時器與外部“客觀”時間進行校準。如果你的晝夜節(jié)律鐘和外部時間錯位了，那么你就會有時差反應(yīng)。在較短時間尺度上，我們所做的一切，都是在不斷校準我們的時間判斷能力，并與客觀世界對齊。

例如你是一個音樂人，你內(nèi)在的動態(tài)驅(qū)動你演奏音樂作品，但你也會用節(jié)拍器，對吧？節(jié)拍器的作用就是進行校準。幾千年前我們并沒有這些外部時鐘，但如果你要接住一個飛來的東西，或者要投擲長矛擊中移動目標——這都是計時問題，你必須根據(jù)物理規(guī)律和外部世界的時間點來控制你的動作反應(yīng)。

? Kalendarium | LTH, Lunds Tekniska H?gskola

Q：盡管好萊塢式的時間旅行仍是虛構(gòu)的，我們確實擁有“心理時間旅行”這一能力。那是什么？

A：心理時間旅行（mental time travel）是指我們能夠重新體驗過去發(fā)生的事情，并且模擬或想象未來情境的能力。心理時間旅行是人類發(fā)展過程中最基本、最具決定性的認知能力之一。它正是推動我們走到今天這個文明階段的關(guān)鍵能力[4]。比如說農(nóng)業(yè)——這是人類歷史上最重要的技術(shù)突破之一。

這個想法本身其實很簡單，對吧？撒下種子，然后等待未來的收獲，用以保障食物的持續(xù)供應(yīng)。但這個簡單的想法卻是所有其他動物都未能實現(xiàn)的，也同樣讓人類早期花了數(shù)百萬年才想到。為什么會這樣？我認為正是因為這件事需要心理時間旅行。如果沒有這種能力，你很難說出：“我要今天播種，以便在未來幾個月或幾年之后獲得回報?！薄@種跨越時間點將因果關(guān)聯(lián)連接起來的能力，是大多數(shù)動物基本不具備的。

《火星救援》劇照。? 豆瓣電影

Q：我們?yōu)槭裁凑J為這種能力是人類獨有的？

A：這種能力在人類身上表現(xiàn)出的程度確實是獨一無二的。關(guān)于其他動物是否具備這種能力，還有一些爭論[5]?，F(xiàn)在，其他動物確實會采取面向未來的行動；松鼠會儲存食物，河貍會筑壩，鳥類會筑巢。但大多數(shù)人認為，那些是先天行為。動物似乎并不清楚它們?yōu)槭裁匆敲醋觥?/strong>這就是進化的運作方式；它創(chuàng)造出先天行為，使你能夠做出面向未來的事情，而不必理解自己為什么要這么做。

請注意，盡管這種進行心理時間旅行、看到未來的能力非常強大，它也極具創(chuàng)傷性。一些早期人類一定曾看向未來并說：“糟糕，我會死的。”他們意識到了自己的終有一死。這種從事心理時間旅行的認知能力，可能引發(fā)或觸發(fā)了人類對超自然信仰的需求，比如宗教。超自然信仰可能在某種程度上是為了應(yīng)對我們能夠進行心理時間旅行、并看到自己終將死亡這一現(xiàn)實而發(fā)展起來的。而應(yīng)對這一點的最佳方式，莫過于相信死后還有生命存在。

Q：我在想，語言的發(fā)展是否與心理時間旅行的能力有關(guān)？

A：我同意心理時間旅行和語言必然是交織在一起的。為了為未來做準備，我們需要語言能力、語言本身以及符號系統(tǒng)，以便提前計劃并量化時間的流逝。我認為這些能力是共同進化而來的。

還有一點很有意思，當我們談?wù)摃r間時，在許多文化中，我們使用的是空間隱喻。有人認為，我們大腦中原本有應(yīng)對空間的神經(jīng)回路——比如左、右、北、南——這些對于追蹤動物長距離遷徙是至關(guān)重要的。后來，這些用于處理空間的回路被借用或轉(zhuǎn)化，使我們能夠在時間上進行心理旅行。我們擁有過去、現(xiàn)在和未來。而當你我談?wù)摃r間時，我們常常使用空間隱喻。我們會說，“今天好漫長”、“我期待見到你”，或者“事后看來，那不是我最好的主意”。這就是我們用來進行心理時間旅行的一種工具，也正好印證了你關(guān)于心理時間旅行與語言之間關(guān)系的觀點。

Q：有趣的是，我們也會反過來使用時間來描述空間。我們會說：“購物中心在十分鐘車程之外?！?/strong>

A：這是個好例子，但類似的例子并不多。我認為我們對時間的空間化遠遠多于對空間的時間化。

Q：關(guān)于我們對時間最基本的體驗之一，是時間似乎在流動：未來變成現(xiàn)在，現(xiàn)在消失在過去。但這種流動性相當順滑。物理世界中是否存在某種與這種流動相對應(yīng)的東西？或者這可能只是心靈的產(chǎn)物？

A：時間處于一個完美風暴的中心，涉及一系列尚未解決的科學謎題，比如自由意志、意識，以及相對論與量子力學的統(tǒng)一。關(guān)于時間有兩種觀點[6]。

一種叫做“現(xiàn)在主義”（presentism）；這是直覺上的看法——只有現(xiàn)在是真實的，過去不再真實，未來尚未真實。而我們可以在當下采取行動，去改變或塑造未來。這種觀點無疑是歷史上占主導地位的觀點。而在現(xiàn)代物理學中，自愛因斯坦以來，這種觀點開始面臨挑戰(zhàn)。

? ResearchGate

如今，神經(jīng)科學和物理學之間出現(xiàn)了一種緊張關(guān)系，許多物理學家和哲學家認為，物理定律表明“現(xiàn)在主義”是錯誤的，而正確的觀點是“永恒主義”（eternalism），也被稱為“塊宇宙”（block universe）觀點。在這種觀點中，“現(xiàn)在”之于時間，就如“這里”之于空間。我們毫不猶豫地承認我們都存在于空間中，即便我們相距遙遠——你在多倫多，我在洛杉磯。根據(jù)永恒主義，時間也是如此。過去或未來，會有其他“版本”的你，它們是共存的。

我認為，人們理解“所有時間都如此安排”這一概念最直觀的方式是通過時間旅行的概念，也就是好萊塢版的時間旅行。在“現(xiàn)在主義”中，時間旅行百分之百行不通，因為你無法前往那些并不存在的時刻。所以我們最喜歡的那些時間旅行電影，比如《終結(jié)者》或《時空線索》，在這個理論下都站不住腳。

所以，這個答案有點拐彎抹角，但在“永恒主義”的框架下，我們對時間流動的主觀感受很難被解釋，一些物理學家和哲學家認為這是一種幻覺。換句話說，既然時間并非以（物理世界中的）正常意義流動，那么它一定是大腦強加的幻覺。這正是神經(jīng)科學和物理學之間緊張關(guān)系的原因。

Q：回到你剛才說的時間和空間的區(qū)別——它們確實感覺非常不同，對吧？畢竟，我可以控制自己的空間位置——我可以向東走一步，或向西走一步，這毫無問題?？晌覀冊跁r間中并沒有這樣的自由。

A：我認為這正是一些哲學家和物理學家支持“永恒主義”的原因之一。物理定律并未告訴我們“現(xiàn)在這一刻”有何特殊之處。此外，物理定律通常是時間可逆的。你可以用牛頓定律或愛因斯坦定律向前運行以預測未來，也可以反向運行以推測過去。然后，根據(jù)相對論，我們已經(jīng)證明并不存在一個絕對的“現(xiàn)在”。如果我以非常高的速度在另一個參考系中旅行，那“丹現(xiàn)在在做什么？”這個問題就沒有意義了，因為我們的時鐘在以不同的速率運轉(zhuǎn)。有些人據(jù)此認為，也許并沒有“現(xiàn)在”；也許所有的時刻都已經(jīng)“在那里”了。

但你提到我們能在空間中移動卻無法在時間中移動，這一點確實很重要，它引出了“時間之箭”（Time’s Arrow）的問題。而物理學對此有一些解釋。其中一個解釋與這樣一個事實有關(guān)：一切似乎都在朝著“向前”的方向流動，而這是由熱力學第二定律（即熵，也就是系統(tǒng)的無序程度，總是在增加）決定的，再加上宇宙一開始處于一個非常低熵的狀態(tài)。你需要這兩個條件共同作用，才能解釋時間之箭。但物理定律本身并不能證明哪一種觀點是正確的；它們并不需要“永恒主義”或“現(xiàn)在主義”中的任何一個。這些只是不同的解釋而已。

永恒主義概念的插圖：一名男子牽著狗散步。時間從頁面底部向頂部推進，通過一系列快照展現(xiàn)這一過程。在常識性的時間觀中，這四個瞬間是一個接一個依次存在的。而根據(jù)永恒主義的觀點，這四個瞬間是同時且平等地存在的。? Wikipedia

Q：我試圖想象"永恒主義"所描述的那個“塊宇宙”：如果過去、現(xiàn)在和未來都像一個區(qū)塊那樣鋪展開來，那我們的當前行為又如何影響未來呢？未來難道不是已經(jīng)在某種意義上“被固定”了嗎？

A：你說得完全正確。在"永恒主義"觀點下，是沒有自由意志的。因為從某種意義上說，事情已經(jīng)發(fā)生了，所以一切本質(zhì)上都是注定的。因此，這種觀點基本上為人們通常理解的自由意志留下的空間非常少。

Q：所以，“永恒主義”挑戰(zhàn)了我們的直覺——但“現(xiàn)在主義”也相當奇怪。我們會記得過去，會想象未來——但要明確指出是什么讓此刻比其他時刻更真實，卻十分困難。

A：我們必須意識到，我們所謂的“現(xiàn)在”其實是一個整合的窗口。所以現(xiàn)在我們談?wù)摰氖切睦韺W、神經(jīng)科學。當你聽我說話時，會存在一個延遲（因為聲音傳播的速度是有限的），你的大腦會對這種延遲進行整合。而如果我們是當面交談，你的眼睛會先接收到我嘴唇運動的視覺信息，然后你的耳朵才會接收到我嘴唇運動所產(chǎn)生的聲波。所以，你的大腦正在進行整合；并不存在一個單一的、瞬時的現(xiàn)在。

我們所謂的“整合時間窗口”，就是這樣一種現(xiàn)象，大腦會在其中建構(gòu)一個敘述，讓所有這些事情似乎是同時發(fā)生的。這其中存在一定的彈性；如果你坐在音樂會的后排，有人敲響了鈸，你會先看到，但聲音會延遲到達。而如果你坐在前排的好位置，那么延遲就小得多。從大腦的角度來看，“現(xiàn)在”這一概念是靈活而適應(yīng)性的。但我不認為它像“永恒主義”那樣神秘。

Q：我們或許仍會好奇，我們對時間“流動”的感受究竟是怎么來的。

A：我們是在進化過程中發(fā)展出了這樣一種感覺：過去不再真實，現(xiàn)在是真實的，未來尚未真實——因為這具有適應(yīng)性。但為什么它具有適應(yīng)性？因為它是真實的。它之所以具有適應(yīng)性，是因為宇宙就是如此運作的。

這個論點并不是說我們感知到的一切都與真實世界一一對應(yīng)，但在大多數(shù)情況下確實如此。顏色就是一個很好的例子：顏色在物理學中并不真正存在，但在光的波長層面可以近似表示顏色。大腦的竅門、進化的竅門，是讓我們能夠像小型光譜儀一樣工作。我們對時間的有意識感知，是進化賦予我們理解外部世界如何發(fā)生變化、時間確實如何流動的一種方式。而這是一種適應(yīng)性的能力，因為它確實捕捉到了物理世界中的一個真實屬性。

? Ayush Gupta

Q：歸根結(jié)底，我們的大腦是否對我們回答這些深層問題的能力造成了某種限制？

A：我當然認為它們確實帶來了限制。我看不出還有其他可能性。我們的腦是進化的產(chǎn)物，而進化塑造了我們大腦的認知結(jié)構(gòu)，使我們能夠在一個我們?nèi)缃駥嶋H上已不再生活于其中的世界中生存下來。那個世界是一個我們必須努力求生、尋找食物、保護自己、尋找棲身之所并繁衍后代的世界。而我們現(xiàn)在，已經(jīng)不再生活在那樣的世界里了。

我認為任何信息處理設(shè)備都有其局限性，而在人類大腦的案例中，這些限制再清楚不過了。比如說量子力學。顯然，大腦并沒有進化出能正確理解一個光子是波還是粒子的認知結(jié)構(gòu)。而關(guān)于量子力學不同解釋的整個爭論，其實也可以說是一場神經(jīng)科學的爭論，因為它真正涉及的是人類大腦的局限性。但我認為我們必須意識到，人類大腦的局限性會波及到其他領(lǐng)域，而時間就是其中之一。神經(jīng)科學是一個獨特的領(lǐng)域，因為它是所有科學中唯一一個由被研究對象進行研究的領(lǐng)域。這并不是一個好的設(shè)定，因為它容易受到偏見和局限性的影響。

但關(guān)于如何應(yīng)對這些局限性，我想說一件事。我認為有史以來最強大的工具之一，就是數(shù)學。因為一旦你能用一套方程來描述事物，那我們是否理解它其實就不重要了，對吧？你可以把這些方程輸入計算機，計算機就可以給出未來和過去會發(fā)生什么，或者可能發(fā)生什么。

數(shù)學讓我們能夠超越大腦固有的局限性。這正是物理學之所以如此強大的原因。我們基本上能夠以極高的精度描述這個星球上正在發(fā)生的一切——除非我們身處粒子對撞機里或黑洞邊緣。數(shù)學使我們能夠做到這一點。這也是“現(xiàn)在主義”與“永恒主義”之間斗爭的真正核心：如何解讀數(shù)學。正因如此，我們必須更加認識到人腦的局限性。

參考文獻：

[1]pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/25358707/

[2]pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC9561006/

[3]pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC3718301/

[4]pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC3725404/

[5]nautil.us/the-new-science-of-animal-minds-713384/

[6]www.samwoolfe.com/2013/05/presentism-and-eternalism-two-philosophical-theories-about-time.html

文/Dan Falk

譯/腐竹與瘦竹

校對/兔子的凌波微步

原文/nautil.us/does-anybody-really-know-what-time-is-1223272/

本文基于創(chuàng)作共享協(xié)議（BY-NC），由腐竹與瘦竹在利維坦發(fā)布

文章僅為作者觀點，未必代表利維坦立場