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《时间：从霍金到量子纠缠》

费米奖、基础物理学特别突破奖获得者 奎多·托内利全新作品·重磅来袭

2022年度宇宙奖获奖作品，费米奖等多项大奖得主新作，文津奖获得者、著名理论物理学家 李淼全文审校，做序推荐

自《时间简史》以来，近几十年中既诗意又前沿的时间真相

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本书是一本前沿、优美的时间简史。在书中，作者从经典物理中的时间、相对论中的时间和量子力学中的时间三个方 面，带领我们沿着一条曲折的道路、从全新的角度去认识时间，感受速度、悬念、加速和等待。本书不仅讲述了有关时间的科学理论和发现，还囊括了古老神话、艺术、诗歌、文学、历史，以及人类的恐惧。

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依照人类认知的不断深入，融合古老神话、艺术、诗歌、文学、历史等多学科知识讲述时间这一物理量的概念和意义。是物理学普及读物，也可以视为文学读物、哲学读物，读起来生动有趣，充满哲思却毫不晦涩。

第一章 陀螺的魔力

1 掌控时间的愿望

2 我们的时间

第二章 时间停止之处

3 奇怪的一对

4 时间长史

5 当时间停止

第三章 朝夕与永恒

6 粒子的一生

7 无穷小中的时间

8 十分特别的关系

9 能否逆转时间的箭头？

10 杀死克洛诺斯之梦

后记 短暂的时光

致谢

奎多·托内利

意大利粒子物理学家，比萨大学通用物理教授，日内瓦欧洲核子研究中心（CERN）访问学者。他在希格斯玻色子（上帝粒子）的发现中发挥了关键作用，弗朗索瓦·恩格勒特和彼得·希格斯在此基础上获得了2013年诺贝尔物理学奖。因为在专业领域的贡献，托内利于2012年被授予意大利共和国总统荣誉勋章，并先后获得过意大利物理学会颁发的恩里科·费米奖、基础物理学特别突破奖等多个奖项。

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更耐人寻味的是已经发现的关于“现在”和“同时”的错觉。如果我们站在镜子前摸一下鼻子，就能看到食指碰了一下鼻尖，同时鼻尖也感到被触碰了，但其实二者并非同时发生。视觉信号和触觉信号在我们体内的传递速度是不一样的，且由不同的脑区处理。每个人都通过短时记忆和过往经验处理信息，最终通过意识整合，从而产生一切都在同一时刻发生的错觉。实际上，这个整合过程要花费大约半秒的时间，也就是说，我们意识到的“现在”会比真实的“现在”延迟半秒。但大脑的意识机制会对此做出调整，让我们以为不存在延迟，不然一切就乱套了。从某种意义上说，我们永远不会活在真正的现在，而是大约半秒以前的“现在”。我们所说的现在，是大脑记录并整合出来的。

意大利语中的

“tempo'”(时间)和古希腊语中的“temno'”(切分)、“temenos'”(分隔)音近，而意大利语中的“attimo”(瞬间)则和“atomo'”(原子)）同源。一连串“瞬间”组成了现在，“瞬间”无谓长短；无数“原子”组成了万物，“原子”不可再分。而时间的微妙也没逃过古希腊圣贤的眼睛，他们用不同的词

Chrónos、Aion、Kair6s、Eniaute6s-来指不同的时间。

Chronos?指不断逝去的“命时”，体现于阿那克西曼德所谓的“归源”：万物必将毁灭而复归于诞生之源，产生于“无限定”的各种存在都逃不过这一命运。Chr6nos是我们的寿命之时、人生之时、历史发展之时。A6n是奥秘玄妙的“永时”，不生不灭，仿佛永恒地凝固在完美的一刻，也可表示“元力”，如赫拉克利特口中玩骰子的小男孩'。Kairos则是哲人所

谓的“时机”，是Chronos中突然显现的Ai6n，就像神之信使赫尔墨斯，稍纵即逝，无谓长短。Eniauto6s指年或时期，是Chronos的度量，也可表示周期。

由此而来的哲学思考很快就被证明充满了陷阱和悖论。巴门尼德认为时间不过是一种幻觉，由变化而生，而存在是不变的，划分出“现在、过去、未来”很荒谬，因为现在只是一瞬，从定义上说就不属于时间的流动，而过去已经不在，未来尚未存在。柏拉图部分地解决了这一难题，他认为，只有在不完美、会腐坏的物质世界中，时间才是“过去、现在、未来”构成的序列，而在不变本质构成的理念世界中，只有永恒的“现在”。同样，亚里士多德也对此做了区分，认为天体的规律运行体现出周期性的时间，而在这时间之外还有永恒不变的“第一动力”，这个概念一直主导着西方思想，直到现代的开端。

第一个将时间归于意识的是基督教思想家希波的奥古斯丁。他说：“我的灵魂啊，我以你度量时间。”他质疑“过去、现在、未来”的真实性，因为过去已不存在，未来还未发生，而现在如果一直是现在，没有变成过去，那就不再是某个时间而是成了永恒。奥

古斯丁认为时间并无本质，只是一系列意识状态：“时间存在于我们的意识中。”认为现在、过去、未来只存在于我们的意识中：“过去的现在是记忆，现在的现在是所见，未来的现在是期望。”

我们身体的许多生命周期，比如心跳、呼吸、睡与醒的交替都有一个周期性的模式。对其规律性的控制几乎都是无意识的，但只要一个小小的异动，就足以触发警报。这种情况也会发生在我们周围的环境当中。和视觉、听觉等传统“五感”不一样，时间知觉没有专门的器官。估计时间、与储存在记忆中的时长对比、给事件排序、定出空间位置，这些由不同的脑区负责。这是一个非常复杂的过程，需要我们调动起整个身体和所有感官，但最重要的还是大脑的参与。

参与这个过程的大脑结构包括额叶皮层、顶叶皮层基底核、小脑、海马体。其中，海马体还控制空间感，组织情感和记忆。

时间意识是大脑的产物，这在大脑受严重损伤的人身上得到了充分的验证。路易丝·K是一位模范员工，工作无比细致。她得过一次脑卒中，经过一段时间的休整、治疗、恢复，她又回到工作岗位上，工作起来也没有太多困难。有一天，她从工位上起身想看看日历上的某个日期，同事发现她就那么对着墙站了一个多小时，但在她自己的感觉中，这一动作只持续了几秒而已。在时钟嘀嗒的世界中，她把一上午的大部分时间都用来对着墙发呆了。

最早的原子钟于20世纪50年代前后被研制出来后，很快就成为度量时间最准确、最稳定、最可复制的工具。

将稀有金属铯的原子冷却到接近绝对零度就可以获得非常精确的周期性振动：在合适的外部刺激下，绝原子的电子会不断改变能级，然后再迅速恢复到原来的状态。其跃迁频率是如此精确，以至在1967年，科学家们决定以此来重新定义秒。要了解量子跃迁的情况，只需记住，一个好的石英钟一年会有几秒的误差，而原子钟几百万年才会有1秒的误差。最近还出现了一些实验性原型，它们150亿年才会有1秒的误

差一150亿年比宇宙的年龄都长。

进一步提高时间度量精度的努力还在不断进行着。为什么会如此执着？因为在物理学历史上，每次找到一种更精确的时间度量方式，就会有其他的基本发现。比如，有些人就想要借此验证物理基本常数是不是真的恒常不变。新设备的极端精度也让我们可以验证电磁学、引力、量子力学的基本原理。

美国科学家大卫·维因兰德走在这项研究的前沿。他和法国科学家塞尔日·阿罗什共同获得了2012年的诺贝尔物理学奖。维因兰德想利用陷俘离子在超冷系统中极快、极稳定的转变，借助量子力学性质制造出比最好的原子钟还要精确的时钟。

其研究十分有前景，甚至可以做到几十年前无法想象的测量。维因兰德用他的量子钟测得了设备升高几十厘米时引力场的减弱。这也可以算是圆满了，因为在用空间度量时间几干年后，现在我们也可以用时间度量空间了，即利用广义相对论引起的微小时间差，我们可以测量出桌子上物体的高度。

以我们今天的知识来看，昔日伟大思想家之间的雄辩似乎只在于深海微澜了：关注表面的波动，集中于无限的细节，却对波澜之下涌动的深渊毫无了解。

书籍介绍

《时间：从霍金到量子纠缠》

费米奖、基础物理学特别突破奖获得者 奎多·托内利全新作品·重磅来袭

2022年度宇宙奖获奖作品，费米奖等多项大奖得主新作，文津奖获得者、著名理论物理学家 李淼全文审校，做序推荐

自《时间简史》以来，近几十年中既诗意又前沿的时间真相

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本书是一本前沿、优美的时间简史。在书中，作者从经典物理中的时间、相对论中的时间和量子力学中的时间三个方 面，带领我们沿着一条曲折的道路、从全新的角度去认识时间，感受速度、悬念、加速和等待。本书不仅讲述了有关时间的科学理论和发现，还囊括了古老神话、艺术、诗歌、文学、历史，以及人类的恐惧。

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依照人类认知的不断深入，融合古老神话、艺术、诗歌、文学、历史等多学科知识讲述时间这一物理量的概念和意义。是物理学普及读物，也可以视为文学读物、哲学读物，读起来生动有趣，充满哲思却毫不晦涩。