《信条》没问的问题：时间流逝是错觉吗？

本文经授权摘录自《大脑是台时光机》

《大脑是台时光机》节选

我们能让物理学

和时间神经科学达成调和吗

爱因斯坦是一位永恒论者，但他似乎也对“现在”的明显特殊性感到困扰。哲学家鲁道夫·卡尔纳普（Rudolf Carnap）回忆跟爱因斯坦进行的一场讨论，对此做了详尽的说明：

有一次，爱因斯坦说起，他为“现在”的问题感到发愁。他解释说，“现在”的体验对人意味着某种特别的事情，某种跟过去和将来有着本质不同的事情，但这种重要差异，在物理学中体现不出来，也不可能体现出来。在他看来，科学无法把握这种体验，是一个令人痛苦而又不得不承认的问题。我评论说，客观上发生的一切都可以用科学来描述；一方面，事件的时间顺序在物理学中得到了描述；另一方面，人对时间相关体验的特殊性，包括他对待过去、现在和将来的不同态度，可以用心理学来描述和（原则上亦可用）解释。

一如卡尔纳普所说，许多物理学家和哲学家都相信，从概念上说，“我们生活在一个时间不会流动的宇宙”；从事实上看，“时间明明就会流动”。而要想把二者调和起来，唯一的办法是把我们的时间流逝感归结为一种心灵戏法。

在实践中，物理学家通常可以忽略物理学与时间神经科学之间的不和谐。狭义和广义相对论的方程式好到近乎离谱地阐释了实验数据——不管运用方程的人持有的是永恒论还是现在论。然而，这种“块体宇宙/时间流逝”悖论，意义非常深刻。数学物理学家罗杰·彭罗斯（Roger Penrose）说：

在我看来，我们对时间流逝的意识感受，以及我们用来断言物理世界现实的理论（这一理论无比准确）之间存在严重的分歧。这些分歧必定会向我们透露出某种人类意识感知赖以为基础的深刻物理知识……

物理学家兼作家保罗·戴维斯（Paul Davies）也写过类似的话：

时间在流动、在行进这一无法抵挡的印象（或许是通过精神“后门”产生的）是个极为深刻的谜。它与大脑中的量子过程有关吗？它是否反映了在物质世界中时间就在“那儿”的客观真实性质？只不过我们忽视了它？或者说，时间的流动完全是一种心理构建——是一种错觉或混淆？

时间流动性这样不言而喻的事情，怎么可能是大脑施展的错觉呢？这个问题有一种答案，它这样说：我们可以把块体宇宙想成是一系列的静态帧，就像一卷胶卷那样。尽管电影里包含许多不同的帧（每一帧都代表时间里的一个瞬间），可以说，所有帧都在胶卷里共存。就像家庭电影的帧一样，你出现在块体宇宙的许多帧里。在每一帧，你的意识里都有此前一帧的记忆。有人假设，在一个瞬间内综合性地访问时间上的多个瞬间，带来了我们主观上的时间流逝感。独立物理学家朱利安·巴伯（Julian Barbour ）通过观察一种翠鸟（这种翠鸟叫kingfisher，是捕鱼的高手）的动作，对此作了解释：

当我们认为自己在某个瞬间看到了运动，潜在的现实是，在那一个瞬间，我们的大脑里包含了运动物体出现在若干不同位置的对应数据。在任何一个瞬间，大脑都一次性地包含着若干“快照”。大脑，通过它将数据展现给意识的方式，为我“播放起了电影”……按照神经元模式的编码，我看到翠鸟的6或7张快照，使得我认为自己看见了翠鸟正在飞行。不管怎么说，这种大脑结构，以及它对若干快照的同时编码，仅属于一个……

如第1章所述，巴伯和其他一些物理学家，接受的是时间空间化的一种极端版本。他将永恒论的块体宇宙沿着时间轴切割，又将切片分散在永恒的宇宙里（他称之为“柏拉图尼亚”，Platonia）。巴伯认为，所有可能的时刻（也就是，构成时间中所有时刻的物质的一切不同配置），都以静态的“现在”形式而存在。

在更为标准的永恒论观点语境中，物理学家布莱恩·葛林（Brian Greene）提出了一个类似的想法，以求解释为什么我们尽管置身块状宇宙的切片中仍能感知到时间的流动：

时空中的每个时刻（每一时间切片）都像是胶卷里的一幅静态帧……对置身此类时刻的你来说，这就是现在，就是你体验到那一时刻的时刻。而且，它将永远如此。此外，在每一单独的切片中，你的思想和记忆都足够丰富，从而产生了时间不断流向那个时刻的感觉。这种感觉，这种时间在流动的感知，不需要先前的时刻（之前的帧）“按顺序点亮”。

毫无疑问，每个时刻，大脑都拥有前面时刻的记忆。我们在第6章中看到过，大脑是一个动态系统，能在此前事件的背景下对所有事件进行编码——若非如此，它就不可能理解言说，因为每个词语都必须放到之前词语的语境下去阐释（我们在第12章里会看到，有时候，还要放到此后词语的语境下）。然而，就算大脑可以从当前帧内访问前面的帧，我仍然认为，“时间流动是错觉”的概念太叫人难以置信了。实际上，对块体宇宙/时间流悖论来说，这种“一个瞬间里的多个瞬间”式解答是否与神经科学一致，还并不清楚。

块体宇宙与神经科学相容吗

大脑是一座错觉工厂，大多数神经科学家和心理学家或许都能认同，我们主观上的时间流逝感是一种错觉。因此，将时间的流动视为意识的伎俩没什么不合理的地方。然而，问题在于，“错觉”（illusion）这个词在物理学和神经科学中意味着不同的东西。如果物理学家认为时间的流动是错觉，她是在暗示，这一错觉只存在于我们的意识，并非外部世界的特征。而当神经科学家指出，我们对时间流逝的主观感知是错觉时，她是在说，和所有的主观体验一样，它是一种心理构建，但它再现了一种外部世界确然存在的物理现象，尽管并不忠实。

大脑是演化的产物，而成功的演化其实就已对动物暗中理解、驾驭物理定律（至少是部分物理定律）的能力做了相当严格的测试。例如，要是翠鸟的神经系统不能运用牛顿定律，就不可能飞行：它除了要应用空气动力学原理来控制飞行和俯冲的速度，还必须推断未来，好让自己的位置与水中游鱼的预计位置相一致。此外，视觉可能无法传达鱼的真实位置，因为水和空气之间会发生光折射；有些动物会对这一光学效应做会些抵消。

这里的要点是，神经系统跟物理定律是高度匹配的。它不仅适用于运动控制（比如体操运动员完成空中转体两周半），也适用于我们的主观心理体验。我们对颜色、音乐和气味的感知，就是主观心理构建的例子：也即所谓的“感受性”（qualia）。它们确实是错觉，因为它们并不存在于外部世界，但它们是适应性的，因为它们中的每一种都与真实的物理现象相关：我们的色觉、乐感和嗅觉，分别对应着电磁波的长度、声波的特定模式，以及分子的化学结构。然而，470纳米的电磁辐射，并没有“蓝色”的固有特性，硫分子也并没有着固有的腐烂气味——事实上，对同一种气味，不同的动物和人，可能会产生不同的感受：厌恶，中性，甚至吸引力。

为了理解我们主观体验的潜在适应性价值，让我们回到大脑赋予意识的最亲密错觉：身体知觉（body awareness）。我们在第4章讨论过，如果有人要用锤子砸你的手指，你会沉浸在疼痛中；令人惊讶的是，尽管疼痛是大脑内部产生的，但疼痛的感知，并不发生在大脑内部。不知怎么回事，它被投射到外部世界，也就是那块肉（而那块肉又恰好是你的手）的位置。大脑孜孜不倦地产生错觉，让人以为拥有构成自己肢体的骨骼、肌肉和神经，有时候，哪怕是肢体已经被截断，它仍会坚持生成错觉。故此，从疼痛是一种心理构建的意义上说，疼痛是错觉。然而，当你感受到投射在你手指的疼痛时，没人会说锤子是一种错觉，也没人会说它压根就没砸中你的指头。因此，身体知觉的错觉不是无端端产生的；外部事件（锤子砸中了你的手指）和内部主观体验（疼痛）有着极强的相关性。要想保护好我们最重要的财产，还有什么比赋予大脑疼痛感受能力更妙的方法吗——身体知觉是意识与身体的终极整合，是能制造出来的最为精妙的计算机和外围设备交互界面。

现在，我们对错觉这个词的不同含义，以及主观体验与物理现象之间的潜在联系有了一些认识，让我们来考察两种反对永恒论概念（也即时间是心理构建而非真实存在的物理现象）的论点。

演化

如果我们生活在时间确然流动的现在论宇宙，我们可以想象出无数的原因，说明人为何会适应性地能够从主观上感受到时间的流动。我们对颜色或疼痛的意识感知是适应性的，因为它们与外部世界的重要事件相关，出于类似的原因，我们的时间流动感是适应性的，兴许也是因为它跟外部世界事件的展开有关系。我们对时间流逝的主观感知，不仅令得我们可以体验到翠鸟的俯冲，还能够让我们预测、回放和排练所有随时间推进的外部事件。也许，时间流逝的感觉，对我们将自己投射到遥远未来并在精神上进行时间旅行的能力十分关键（第11章）。但反过来说，如果我们生活在永恒论的宇宙，时间的流动并不是真的，我们产生时间的流逝感怎么会具备进化优势呢？当然，并非每一种生物学特性都必须提供进化上的益处，但事实上，大多数生物学特性都是如此，尤其是那些跟时间流逝感同样显著和普遍的特性。从“错觉”这个词最深刻的意义出发，说我们的主观时间感是精神错觉，似乎是在暗示，这种错觉来得无缘无故。但实际上，时间的流逝感让大脑能够更好地完成预测未来这一重要任务，它是一种强有力的适应性。

意识与神经动力学

针对块体宇宙/时间流悖论，“一个瞬间里的多个瞬间”式解答隐含了一种假设：在一帧（一个瞬间）内讨论意识是合理的。虽然我们不了解大脑怎样产生意识，但毫无疑问，一些神经特性是与意识状态紧密耦合的。例如，当大脑在意识（清醒）和无意识（慢波睡眠和麻醉）之间转换时，大脑产生的最明显变化是它活动的时间模式，尤其是大脑振荡的频率，它是神经活动同步性和计时的全局性指标。睡眠的特点是大脑缓慢振荡，而清醒则与异步神经活动和大脑快速振荡有关。总的来说，我们对意识神经科学的认识并不多，但这些许的认识已经告诉我们，这是一个高度动态的过程，在单帧的语境下讨论意识，或许有点像是在电影的一帧画面里判断一只猫是死还是活。这只猫在呼吸吗？心脏跳动吗？动物每个细胞里的分子积极参与新陈代谢了吗？（新陈代谢过程是演进对第二热力学定律的解毒剂。）生命是由持续的代谢变化来定义的；如果没有新陈代谢，就不能说动物是活着的。为了判断动物是否还活着，我们不仅要看电影里的单独一帧画面，还要看前一帧和后一帧。然而，生命并不代表反对永恒论的论点，因为在判断动物的死活时，我们不必把自己局限在单独的一帧画面里（我们可以多等等，多看几帧画面再做判断）。有一种相关的论点涉及到芝诺悖论：如果我们看到的是无限小的时间切片，能说一支箭是在飞行吗？从某种意义上说，答案是肯定的，因为我们可以定义物体的瞬时速度。但跟箭不同的是，在这些瞬时帧中，有意识的生物必然知晓自己的“运动”。所以问题变成了：块体宇宙的一帧切片就能维持意识现象吗？还是说，意识需要一定的时间厚度？也就是说，意识是不是只能存在于若干时间切片当中，更类似音乐，而不是动态电影帧里的静态图像？史蒂芬·平克似乎暗示了在静态帧内理解意识的难度。他说，“物质在空间中延伸，但意识必定在时间中的存在，一如它从‘我想’前进到了‘我是’。”

我们将看到，对我们身边展开的事件，意识既不提供连续叙述，也不提供线性叙述。相反，它似乎是时断时续生成的，对外部事件的意识知觉，需要数百毫秒才能确立。因此，目前尚不清楚谈论瞬时意识是否有意义，以及，意识现象是否跟针对块体宇宙/时间流悖论的“一个瞬间里的多个瞬间”式解答相兼容。

物理定律并没有明确地声称我们生活在4维块体宇宙中。块体宇宙诚然提供了最为符合狭义和广义相对论的阐释，但人们承认，就算在物理学界，对时间的本质也并未达成普遍一致。学者们不断尝试在各种物理学中实现对时间性质创造出一套连贯的阐释。时间在广义相对论和量子力学中的作用，有着根本性的区别，这就是为什么时间代表了一种寻求量子引力理论（也即尝试将广义相对论和量子力学统一起来）的绊脚石。而且，没有实验证据能证明过去、现在和未来都是同等真实的。实际上，就连能区分永恒论现在论的明确实验性预测都寥寥无几。最明显的检验是时间旅行：毕竟，任何关于时间旅行的讨论都有着隐含的假设——我们生活在块体宇宙中。狭义和广义相对论的方程式允许时间旅行，但只有在非常奇特（哪怕还算不上完全不可能）的条件下。例如，在狭义相对论下，时间旅行需要快过光速的通信；在广义相对论下，需要靠负能量稳定的虫洞。因此，就目前而言，就算物理定律似乎与永恒论最为相符，我们也没有直接的实验证据来支持永恒论，更无从加以证明了。

所以，问题变成了这样：是物理定律（或我们对这些定律的阐释）需要调整适应，以解释我们对时间流逝的意识体验；还是神经科学需要找到方法，通过解释消除我们对时间流逝的主观体验？布莱恩·葛林极富表现力地捕捉到了这一困境：

时间的基本特质，人类意识理解它就像肺部吸入空气那么容易，科学是否无法把握它呢？还是说，人类意识给时间添加了一重特质，这种特质是人为的，故此无法在物理定理中表现出来？如果你在我的工作时间问我这个问题，我会支持后一种观点，但到了夜幕降临，批判性思维遁入了普通的生活习惯，我也很难完全抵挡前一种观点。

时间的流动到底是意识创造出来的虚构，还是一种躲开了当前物理定律的东西？这个独特的复杂问题，位于物理学和神经科学的交界处。如果说，光是这个谜还不具备足够的挑战性，不妨在想想它蕴含的另一重深意：物理定律和人类大脑并非完全彼此独立。不光人类大脑的内部运作必须遵守物理定律，而是，我们对物理定律的阐释，是经过人类大脑的结构所过滤的。如果说，对时间流动这样看起来不言自明的东西，大脑所做的阐释都不见得叫人信得过，那么，是不是也该怀疑，大脑对当前物理定律的阐释真的不偏不倚呢？我们马上要看到，人类在演化中获得理解时间概念的能力，似乎是借助了专门用来理解空间的大脑回路——换句话说，大脑本身似乎就在将时间空间化。这就带来了一个让人心醉神迷的问题：我们会不会因为大脑再现、思考时间的方式，倾向于对当前物理定律做特定的阐释？

《大脑是台时光机》导言

让我们假设所有音乐播放器和流媒体的引擎都出一个毛病：每首曲子的时间线都坍塌了，每个音符和每句歌词都拥挤在一个节拍里播放完毕。你还有可能享受音乐吗？音乐是一种基于线性时间的艺术，剥离时间，它的编排会立刻失去意义。

回想你看电影是否有倍速的习惯。影像里人物角色都陡然加速到1.5倍，上下嘴唇快速翁动，全然不是自然的人类状态。即便她们吐出连环炮一般的吐出台词，字与字连成一片，你依然能轻易听懂。这是由于我们的大脑很擅长把大块的句子分块切片，我们捕捉细微的断句，以准确理解整句话。如果你尝试过2倍速，会发现虽然略微费点劲，但你仍旧可以适应。3倍往上呢？大部分视频网站不再支持了。

理解说话和欣赏音乐有一个共同点：两项任务都需要一个人脑能充分体验的时间线。一个运行良好的神经系统能保证人在秒的尺度上分出时间间隔，学会在正确之处给粘连的信息下刀。

人得以理解和运用时间的重要性还在于记忆。

你或许听说过一类失忆症，患者记得患病以前的日子，但不能再形成新一天的记忆。顺行性遗忘症患者亨利·莫莱森（Henry Molaison, 下文称H·M）在一次颞叶切除手术后永远活在了1953年：他无法记住新的总统是谁，不记得几十年来与他天天见面的医生，也不能在镜子里认出五十年来老去的自己。他的记忆保质期是20秒钟，如此短的记忆时间在脑科学史上也是孤例。换句话说，他失去了感受分钟的能力。

那么世上是否有种患者，连秒级的时间也无法感受呢？我们尚未有这样的患者记录在案。即使是H·M 也能区分秒的间隔，能进行基本的对话。而这点区分时间的能力甚至能让他做更复杂但不自知的任务学习。实验人员曾让 H·M 每天练习一个小任务，要求他看着镜像，在纸上描摹一个指定的五角星图案。实验人员每天都重复一遍任务要求。无法储存记忆的 H·M 每天都欣然接受这个崭新的任务，而从未记得做过这样的练习。但随着实验进行，H·M 竟愈发进步，任务完成时间愈发短——他健忘的大脑里某处仍然能储存这项任务的工作记忆（working memory），而他丝毫不自知。

我们如此需要理解时间的能力，却很少思考我们是如何感知、记录时间的。神经科学家好奇的正是这一点：究竟是大脑里哪一块区域在忠实地编码时间？感受时间和感受空间是一回事吗？作者在全书中用到多个比喻来帮你想象这群记录时间的神经元：池塘上的涟漪，夜晚亮着灯的摩天大楼，厨房里煮糖心蛋的计时器……这一策略也正对应了人理解抽象概念最喜欢的方式：打比方。而在把握时间的概念时，空间正是最佳比方。书中“神经科学中的时间空间化“一章用例子让人心服口服，读起来你会频频惊奇，平常嘴边用来描述时间的话如此忠实地反映你脑海中对时间的想象。

大脑能做的远不仅仅是记录时间。大脑是一台时光机，它不仅允许你穿梭到过去，还让你“改变”它；你也可以旅行到尚未确定的多个可能的平行宇宙，为自己的未来做打算。科学家称“精神时间旅行”（mental time travel）。写下每一条 To Do 都涉及至少一次精神时间旅行：上一次我决定读完一本书是什么时候？（诉诸过去的经验。）今天下午希望我能赶在死线之前完成工作吧，也许不会？（思考未来事情发展的多种可能。）要是过了死线，我只好祈求宽限几天了。（就未发生的可能做准备。）你不仅能分辨过去和当下，推测未来，还有能力思考反事实的过去——我要是早点起床就不会错过这班车了。这种反事实的思考能力（counter-factual thinking）让人这种生物即使在水深火热中也求得生存，而反事实的思考能力正依赖于我们大脑里铺陈好的时间线。记录和利用大脑中的时间线是日常决策的基础，也是人类文明的基石。

当然，时间可不仅仅是神经科学家试图理解的概念。有物理学家把时间看作量度物理变化的尺子，相对论则主张时间的对称性。有历史学家比较和探究各地区的历法和编年。哲学家对时间的本体感到头疼，试图反思时间与存在的复杂关系。社会学家对工业时代后的人们把时间看作劳动单位和商品尤其感兴趣。他们在各自的学科范畴得出的结论往往互不相容，甚至曾经引发了大论战——爱因斯坦发表相对论后，他同哲学家柏格森的世纪之辩至两人离世也没有落定纷争。在”这见鬼的东西是什么“一章里，作者很不吝啬地花篇幅向你展示了时间的多个侧面——在时钟之外，主观感受之外，时间在更深层意义上究竟是什么。

今天，事物的生长、变化、衰败的速度都令人膛目。我们拉扯摊平剩余时间——通勤，家务，蹲厕，等车——一分钟掰成好几分钟用。工业时代后，时间通过时钟、上班时间表、学年历获得某种实体——它是早晨起床到早班中间的一小时，是会议进行的大半个下午，是番茄钟为高效工作定制的25分钟。我们主动、被动地都不得不学习时间管理，似乎散乱的时间是桌面没收拾好的物件，能一块块分类装进抽屉。

时间不仅仅是需要被整理的物件，还需要被主人牢牢抓紧，以防一不留神被弹出通知、令人狂看的节目和游戏这些“窃贼”给“偷”走。哪怕是睡着了，时间的存在感也如此强烈：我们花费整个早晨，从躺在被窝里看热门消息，盯着聊天框刷牙，到单手吃早餐以刷新邮件和推送——昨夜今晨又发生了什么？财经类杂志专门开辟这样的栏目，为人们解释在他们闭上眼睛的时间里都有什么新鲜事，缓解“一觉醒来错过整个世界”的焦虑感。

我们已经熟悉和数字共处，即便是时间这样看似抽象的概念，也不免成为具体的计量和价值单位。把时间当作它本身去感受的身体体验少之又少。等等，我在这里摆弄的词汇“时间”二字其实是一个计量单位。而构成时间流逝这样生命体验的不是抽象的概念，而是稳健的脚步声由近而远，湿润的风从左半边脸颊滑到右手指尖，是阅读这段话之间你的两次眨眼，是长出的胡子，逐渐泛青的磕碰出的伤口。一些神经科学家认为，与其说时间在变，不如说是总有持续变化中的运动。

原则上，任何能以可复制方式重复的物理现象，都能用于判断时间——这也是爱因斯坦和他的同事英费尔德的观点。如果一盆多肉需要三五天发芽——说的好像它的生长有一条标记出时间戳、能来回拖拽的进度条——那么一旦掌握多肉如何生长的物理现象，我们就能用它反过来判断时间。大脑记录时间使用的就是类似的机制。神经元们能响应外界物理现象，用放电频率的不同来编码整个系统的动态变化，从而帮你判断时间。这种判断时间的能力很神奇地普遍存在于各个脑区的神经元，甚至还有肝细胞。因此，体验时间更像是连手带头整个泡浸浴缸的过程。有意识或无意识的，均匀或不均匀地，你的身体各处都在体验时间。换句早就不流行的话说，宇宙是由故事组成的。这里的故事很大一部分就是体验。

但就如前文说过，这些能判断和存储时间体验的神经元与细胞，又称时间细胞，它们能做的事情远远不止判断时间。时间细胞组成了一台在你体内运转的全栈时光机，不仅能把时间同你所在的空间关联，也能带你回忆，让你思考未来。作者博南诺写就的这本《大脑是台时光机》可不是一本时光机说明手册——虽然这听起来足够有趣了——但更是一趟路线新奇有趣的时光机体验。而作者正是那类热情又博学的解说人，这些有关过去与未来、物理学、文化、神经科学的故事他都娓娓道来。途中你也一定会不时停下来琢磨一个有意思的科学发现或者论点，回想或推测你的个人体验，完成这趟精神的时间旅行。

导言作者：汉那

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