人类如何感知时间?为什么人脑只回忆过去却不记忆未来?

人类如何感知时间?为什么人脑只回忆过去却不记忆未来?
2019年12月11日 19:27 娱乐神叨叨

“理解时间之箭在许多情况下(进化、衰老、记忆、因果关系、复杂性)究竟是怎样表现的,还有很大的研究前景。”卡罗说。

物理学家希望将来会有更多的答案——当然,假设有这样的答案。

当你玩得开心时,时间真的过得更快吗?

时间知觉是一个大脑的持久未解之谜。当我们对包含在精细动作任务中的毫米尺度有一个充分理解的时候,怎样有意识地感知秒和分——所谓间隔时间——显然仍是个谜。

首先,我们并没有专门用于时间知觉的感觉器官,因为我们通过触觉、味觉和嗅觉来感知我们外界的物理和化学性质。由于没有临床症状,对时间知觉的缺乏完全无法定义,研究起来非常困难,因此,时间也是不同寻常的。“我们真正想要找的,是那些像失忆者在记忆一样,不善于定时的人,”英国基尔大学的约翰·韦尔顿说,“但并没有这样的人。”

有人相信,这是有原因的。北卡罗来纳州杜克大学的沃伦·梅克认为,计时对感知来说是如此重要,以至于我们的大脑已经进化出几套备份系统,可以在主时钟受损时来应付。这就是为什么很难找到不能感知时间的人的原因。

没有人真正了解这种时钟的生物学基础究竟是什么。最近有人又找到一种对计时的解释,叫做“起搏器一蓄电池模型”,认为大脑具有定期发射脉冲的某种起搏器,这些脉冲储存在一个蓄电池里,可以被计数,以估计过了多长时间。

这种模型的问题是,虽然它适合时间感知的各种观察,但在细节上却有缺陷。不要说起搏器是什么,位于什么地方,什么是脉冲,它们储存在哪里,或者说它们是如何计数的,虽然各种各样的观点被提了出来,但这种模型在很大程度上仍只停留在理论上。

一种完整的时间感知理论还必须解释它为何如此灵活。一些药物会加速时间感知,而某些抗精神病药物却减慢了时间感知。所有的东西都干扰神经递质多巴胺。多巴胺系统紊乱的人,比如患帕金森病或精神分裂症的人,他们在时间感知上同样遭受着折磨。

在其他方面,时间可以被伸缩。当你受到惊吓时,时间似乎慢下来,而当你玩得高兴时,时间好像飞逝一般。当你长大时,时间似乎过得更快。

这些谜题的关键可能在于:我们怎样思考如何感知时间的问题。“我们处在时间只是一件事物的幻觉之下,但我们可以接受时间的各个方面,并在其他地方分别运用它们。”得克萨斯休斯敦贝勒医学院的大卫·伊格曼说,“这可能意味着我们对时间的感知也有几个组。”

也许我们对能够感知时间的不同方式最好的说明是:伊格曼说服研究对象从一个高塔上仰面倒下,掉进下面30米的安全网中。当他们倒下的时候,被要求看着戴在手腕上的发光二极管显示器。显示器显示一个数字,这个数字的刷新每秒相间20次。这通常太快,无法感知,但如果“大脑时间”在惊恐状况下真的慢下来,他们就应该一直能读到这个数字。

虽然受试者报告说,倒下这个动作似乎比实际所花时间2.5秒延长了大约35%,但是他们谁也没能读到那个数字。

伊格曼认为,当你倒下时,时间似乎放慢的原因是紧张或新奇的状况控制了我们的注意力,导致大脑吸收更多的细节。伊格曼还表明,当大脑再三面临同样的图像时,实然转换一个不同的图像,这个新图像似乎延续得更久,即使显示的时间是一样的。当接触到这个新图像时,大脑还使用了更多的能量。时间长度好像是延长了,似乎与大脑记录一个事件所需能量有关。

这个观察可能还有助于解释为什么当我们长大时,感觉时间加速了。对孩子来说,一切都是新的,大脑处理着世界上的大量信息。随着年龄的增长,大脑学会了这个世界的规律,并且停止记录同样的信息。“就好像你在夏末时回顾过去的时光,你没有那么多的连续镜头,它似乎过得更快。”伊格曼说。

这也许说明,我们可以尝试把许多不同的快乐经历尽可能压缩。麻烦的只是寻找时光。

时间旅行有可能吗?

通常人们认为时间旅行不过是科幻小说里的调料而已。毕竟,赫伯特·乔治·威尔斯在18世纪晚期就写下了《时间机器》,但至今仍没有人能真正建造一部时间机器。但只要我们不放弃,继续这一发现之旅,我们终有可能找到通往未来或过去的通道。

时间旅行继承了广义相对论的基础。爱因斯坦广义相对论预言,时间在强引力下运行更慢,因此,如果你生活在一问小平房里,要比生活在摩天大楼里老得更慢。越是接近地面,就处在越强的引力中。所以,要制造一部时间机器,你就得把两个时间流动速度不同的地区连接在一起。

例如,地球和紧邻黑洞的地方,黑洞强大的引力使得时间流动极其缓慢。当你星期五光临地球的时候,黑洞附近还只是星期三。因此,如果你能从地球突然旅行到黑洞附近,你就能够从星期五返回到星期三。瞧,这就是时间旅行。

问题是,你能吗?理论上说,你能。根据量子理论,时空的结构是一串穿过时空被称为虫洞的微小捷径。沿这样一个通道几步,你就可能出现在银河系另一边几光年远,甚至出现在过去或未来的年代。就是现在,叫做中微子的幽灵般的微粒很可能已在上演这样的壮举。

然而,对我们来说,首先要做的是挑选出几个实际的问题。要利用虫洞进行时间旅行,就必须将时间与你想要往返其间的地方连接起来:这可能意味着以某种方法将一端拖到最近的黑洞。

即使做到了这个,你仍会有问题:你需要将量子规模上的虫洞扩张到宏观尺度,并设法保持出入口畅通。这很有挑战性,因为虫洞极不稳定,眨眼之间就会关闭。要维持出入口开启状态,就需要一种假想的带排斥引力的物质。我们不知道是否存在这样足够强大的奇异物质。但我们知道,要创建一条出口1米宽、足以让一个人爬过的隧道,你得在1年内使用从我们银河系大部分恒星里抽出的全部能量。

尽管如此,这样一部时间机器也绝不会将我们带回到历史上的伟大时刻。如果我们找到一个虫洞,显然这将是时间旅行者第一次能够到达过去。因此,如果你想要进行恐龙狩猎远征,你只有一个选择:找到一部至少6500年前天外来客弃置在地球上的时间机器。

但是,我们可以用我们自己的时间机器做一些有趣的事。例如,我们一旦建造了一部时间机器,未来文明就将能够回访我们。这展示了一种有趣的可能性:某人能够返回,杀死一个直接的祖先,使他自己不可能存在。这便是时间旅行中最为著名的概念上的难题——“祖父悖论”。结果,量子物理学也许有答案。

多年来,量子物理学家一直在进行“瞬时移动”的尝试,他们通过复制信息(描述一个粒子,并把它粘到另一个遥远的粒子上)来搬运粒子。麻省理工学院的赛斯·劳埃德和加拿大多伦多大学的埃孚伦·斯坦伯格证明,量子力学定律允许这种“心灵搬运”在时间和空间上起作用。因为像光子和电子这样的量子态粒子,可能受未来被测量的影响,时间旅行自然而然回到了量子领域。

劳埃德和斯坦伯格的实验显示,时间旅行的力学至少与光子共同作用,支持我们熟悉的因果关系观念。它们使光子及时返回,然后替换它们的两极分化状态。这种替换适合于光子进入一种形态,这意味着它起初可能没有及时返回,新的形态“杀掉”了最初的形态。

由于这些可能性涉及量子测量,两种形态总有一种没能发生。劳埃德和斯坦伯格发现,当他们建立关于上述光子杀掉其“祖父”时,要么时间旅行失败,要么分化替换失败。

这是史蒂芬·霍金在剑桥大学所说的时序保护的一个例子。创造一个虫洞时间机器的困难也表明,物理学法则似乎决定了维持因果关系的常识性规律。尽管如此,时间旅行的大门仍然向人们敞开着。

数万亿年之后,当所有恒星全部燃尽,甚至连黑洞都已消失,我们宇宙的所有物质可能就会均匀地展开,一切将变得混乱无序。那时,时间没有了方向,也没有任何事件发生。

然而,在亚原子规模上,粒子仍将相互碰撞,这些碰撞偶尔会导致一些更有趣的现象。统计学的侥幸很难产生一个有序的物体——例如一杯啤酒或一只困惑的狐猴,再一次短暂地服从时间效应。

时间的真正死亡可能是由多重宇宙宣判的。许多宇宙模型都涉及叫做永久膨胀的一种膨胀形式,新宇宙在膨胀中不断被创造出来,每个宇宙都具有不同的特征。宇宙学家想要掌握这些可能性的范围(例如这些宇宙有多少拥有恒星,有多少拥有物质,有多少拥有生命),但他们遇到了意外的困难。在一个无限增长的宇宙中,一切都有无穷个版本,根本无法去计算可能性。

为了避开这一点,一些宇宙学家声称大多数多重宇宙并不存在。利用时空中任意一个定点,他们就能计算出我们在这个多重宇宙的可能性。这似乎是有效的。例如,他们利用这种方法对宇宙的恒量做出评估——促进宇宙扩张的斥力,这就像是天文学家测量的同一个足球场。

这听起来对于宇宙学家和他们的运算来说像是好消息,而对时间来说又是坏消息。贝克莱加州大学的理论家拉菲尔·布索指出,如果真正的多重宇宙的时间是无限的,那么,这些可能性才是相容的。布索认为,如果这个定点多重宇宙反映了真实,时间可能只留下了几十亿年。“这是一个令人着迷的命题,但对物理学来说,只因为这些命题看起来疯狂,人们却不得不小心地排除不可靠的东西。”布索说。

不过,我们有权寻找其他的意见,希望能做出更好的预测。麻省理工学院的阿兰·古斯和加州斯坦福大学的维塔利说,他们能计算多重宇宙的可能性,而无须使时间无效。然而,他们仍不排除这种可能性。

如果这个最终目的是可能的,那么它将是什么样呢?为了找到答案,马里兰大学帕克分校的伊格尔·斯莫扬诺夫做了一个实验。作为宇宙的临时替补,他利用堆积在一层薄金上的可塑布条制成的材料,以一种特殊方式弯曲光。在这种超材料中,一条轴线就像时间一样将光线不可避免地向前拉伸——在数学上与光在时空中的运动完全相同。

斯莫扬诺夫把这种超材料加了一些到一片普通材料中,在这种材料中光能够自由地向任何方向运动,意即没有时间的轴线。他发现,在两种材料的边界线上“时间耗尽”,光聚积起来造成强大的电场。理论预测,在这种材料中没有能量损失,电场会增加到无穷大。

斯莫扬诺夫说:“我们的物理真空可能表现得像一个超材料,因此,我们的实验可能不无道理。”

如果这个类比成立,那么在真实空间所有的能量场就会被推向巨大的值,提升温度,并以地狱般的粒子产物填满现实世界的最后瞬间。如果你认为眼前的一切都在走向地狱,也许你是对的。

哲学家朱利安-巴伯尔有一个更为平静的末日版本:他同宇宙学家合作,构建出一个叫做布拉托尼亚的、现实的特殊图景。在布拉托尼亚里,所有可能的物质配置都存在,没有时间的通道,只有一套毫无关联的瞬间或“眼下”。我们经历这种时间的幻觉,因为这些眼下许多被安排成好像它们都已通过时间而进化。巴伯尔认为,在布拉托尼亚里,可能性应该是无限的,因此,令人欣慰的时间幻觉也应该是无限的。如果时间并不存在,它就不会结束。

“很难预料,”物理学家尼尔·玻尔斯说,“特别是关于未来的问题。”所以,在时间的结束这个问题上没有定论也许就不足为怪了。

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