時間是我們大腦創造出來的嗎？

? 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。空間是最直觀的一個，所以我們經常會說，“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。

我們日常對時間的感知具有：連續性（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。

根據永恒主義的觀點，時間“并不流動”，只是“存在”——過去、現在、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“經歷”了現在這個點。所以我們感覺“現在在變化、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，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。但“時間在流動”這件事，或許并不一定是物理上的真實現象。

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，我寫了一本關于時間的書，書中既有牛頓和愛因斯坦的章節，也加入了一定的哲學內容，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構，而是通過一整個神經元網絡的協作來計時的。

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支持現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展至關重要。

現年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：你和我都寫過關于“時間”的書——但你是神經科學家，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奏。因此，這個晝夜節律鐘與其他“時鐘”是彼此獨立的。我們還有其他的“時鐘”或“定時器”，它們協助我們進行像現在這樣的一次對話。

我們知道，很多這樣的計時形式依賴于所謂的“神經群體時鐘”（neural population clock）——那是一種神經元電路，一個神經元可以激活下一個、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“神經動力學”。神經元組成了一個動態系統，它們創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，而是所有神經元都可以根據需要參與到計時中。

Q：你提到了我們身體的晝夜節律鐘。能否簡要說明一下它的工作機制？

A：當然可以。晝夜節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。它通過合成某種蛋白質，這些蛋白質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律鐘。植物有晝夜節律鐘，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”）相關聯的？

A：我們必須將內部時鐘（internal clock）、內部定時器與外部“客觀”時間進行校準。如果你的晝夜節律鐘和外部時間錯位了，那么你就會有時差反應。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，你內在的動態驅動你演奏音樂作品，但你也會用節拍器，對吧？節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，你必須根據物理規律和外部世界的時間點來控制你的動作反應。

? Kalendarium | LTH, Lunds Tekniska H?gskola

Q：盡管好萊塢式的時間旅行仍是虛構的，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鍵能力[4]。比如說農業——這是人類歷史上最重要的技術突破之一。

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供應。但這個簡單的想法卻是所有其他動物都未能實現的，也同樣讓人類早期花了數百萬年才想到。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。”——這種跨越時間點將因果關聯連接起來的能力，是大多數動物基本不具備的。

《火星救援》劇照。? 豆瓣電影

Q：我們為什么認為這種能力是人類獨有的？

A：這種能力在人類身上表現出的程度確實是獨一無二的。關于其他動物是否具備這種能力，還有一些爭論[5]。現在，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。但大多數人認為，那些是先天行為。動物似乎并不清楚它們為什么要那么做。這就是進化的運作方式；它創造出先天行為，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，可能引發或觸發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實而發展起來的。而應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，語言的發展是否與心理時間旅行的能力有關？

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，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，當我們談論時間時，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對空間的神經回路——比如左、右、北、南——這些對于追蹤動物長距離遷徙是至關重要的。后來，這些用于處理空間的回路被借用或轉化，使我們能夠在時間上進行心理旅行。我們擁有過去、現在和未來。而當你我談論時間時，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，也正好印證了你關于心理時間旅行與語言之間關系的觀點。

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。”

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：未來變成現在，現在消失在過去。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的東西？或者這可能只是心靈的產物？

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一。關于時間有兩種觀點[6]。

一種叫做“現在主義”（presentism）；這是直覺上的看法——只有現在是真實的，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。而在現代物理學中，自愛因斯坦以來，這種觀點開始面臨挑戰。

? ResearchGate

如今，神經科學和物理學之間出現了一種緊張關系，許多物理學家和哲學家認為，物理定律表明“現在主義”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。這正是神經科學和物理學之間緊張關系的原因。

Q：回到你剛才說的時間和空間的區別——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。可我們在時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，根據相對論，我們已經證明并不存在一個絕對的“現在”。如果我以非常高的速度在另一個參考系中旅行，那“丹現在在做什么？”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。有些人據此認為，也許并沒有“現在”；也許所有的時刻都已經“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：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。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、現在和未來都像一個區塊那樣鋪展開來，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，事情已經發生了，所以一切本質上都是注定的。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”挑戰了我們的直覺——但“現在主義”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“現在”其實是一個整合的窗口。所以現在我們談論的是心理學、神經科學。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、瞬時的現在。

我們所謂的“整合時間窗口”，就是這樣一種現象，大腦會在其中建構一個敘述，讓所有這些事情似乎是同時發生的。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，“現在”這一概念是靈活而適應性的。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展出了這樣一種感覺：過去不再真實，現在是真實的，未來尚未真實——因為這具有適應性。但為什么它具有適應性？因為它是真實的。它之所以具有適應性，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，但在大多數情況下確實如此。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生變化、時間確實如何流動的一種方式。而這是一種適應性的能力，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物，而進化塑造了我們大腦的認知結構，使我們能夠在一個我們如今實際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。而我們現在，已經不再生活在那樣的世界里了。

我認為任何信息處理設備都有其局限性，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構。而關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域，而時間就是其中之一。神經科學是一個獨特的領域，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域。這并不是一個好的設定，因為它容易受到偏見和局限性的影響。

但關于如何應對這些局限性，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生什么，或者可能發生什么。

數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生的一切——除非我們身處粒子對撞機里或黑洞邊緣。數學使我們能夠做到這一點。這也是“現在主義”與“永恒主義”之間斗爭的真正核心：如何解讀數學。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/

本文基于創作共享協議（BY-NC），由腐竹與瘦竹在利維坦發布

文章僅為作者觀點，未必代表利維坦立場