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弗兰克·拉姆齐（Frank Ramsey，1903—1930）才华横溢，却英年早逝。在他26岁死于肺病之前，拉姆齐对数学、经济学和哲学做出了影响深远的贡献。20世纪20年代，年少的他已经是剑桥思想界的中心人物。他在约翰·梅纳德·凯恩斯和路德维希·维特根斯坦家中的草坪上，与他们合作，也与他们争论，而这两位分别被广泛誉为20世纪最伟大的经济学家和哲学家。“拉姆齐理论”则是自拉姆齐的工作发展而来的繁荣而有趣的数学一隅。
（这里有一个经典的小例子，可以让你感受一下拉姆齐理论：在任意一个两两之间要么是敌人要么是朋友的6人群体中，总能找到3个人，他们相互之间要么都是朋友，要么都是敌人。）
弗兰克·拉姆齐是一位不容忽视的思想者。他对物理世界中人类之外的部分的拒斥，值得我们认真思考：
我关于世界的图景是以透视法画就的，不是一个按比例的模型。最引人注意处为人类所占据，星辰则像三便士的硬币那么微小。我不真正相信天文学，除了将其作为人类（可能还有动物）的感觉过程一部分的一种复杂描述。我不仅将我的透视法运用于空间，也运用于时间，随着时间推移，世界终将变冷、万物终将凋亡；但那个时间离我们极为遥远，它以复利折现的现值几乎为零。
《纽约客》有期封面也表达了类似的想法。它展示了一张世界地图，其中绝大部分画的是曼哈顿，而地球的其他部分都被挤到了一个狭窄潦草的背景中。
拉姆齐的态度是对“唯尺寸至上”态度的一种有益的修正。相同的空间体积拥有相同的容纳物质和运动的潜力，但这并不意味着它们的重要性相同。无差别的空旷区域是无趣的。与此类似，相同长度的时间拥有相同的容纳时钟嘀嗒的能力，但这也不意味着它们的重要性相同。对绝大多数人和绝大多数时间来说，附近发生的事件才更加重要。这是人们与生俱来的态度，也是我们在人世间的应对策略。
然而拉姆齐不仅保持了这种态度，还将其推向极端。他说他不相信天文学，但我并不相信他这句话。对我来说，他的叙述反而暗示着他深受宇宙惊人的巨大空间与时间袭扰，一如帕斯卡。由于他否认天文学的重要性，他错失了一个潜在的灵感来源，令人遗憾。在数学家、经济学家和哲学家之外，拉姆齐错过了一个成为伟大宇宙学家的机会。
我们可以看到宇宙中既有丰富的外在，也有丰富的内在。这两个事实并不矛盾，我们也无须二选其一。从不同的角度来看，我们亦大亦小。两种角度都捕捉了关于我们在万物体系中的位置的重要事实。要得到一个对现实完整而实际的理解，两种观点我们都必须欣然接纳。
我们在空间中所见到的同样适用于时间：无论外在还是内在，都存在丰富的时间。虽然广大的宇宙时间让我们相形见绌，但是我们的内在也包含了广大的时间。
在视觉宇宙史《造星主》中，开创性的科幻天才奥拉夫·斯塔普尔顿（Olaf Stapledon）写道：“因此，包含诸多连续物种和绵延繁盛的一代代人的整个人类史，也不过是宇宙生命中的灵光一现。”古罗马哲学家塞涅卡（Seneca）在《论生命之短暂》中表达了与之相反的想法。“我们为何要抱怨大自然？”他写道，“它的行为如此慷慨：如果我们知道如何利用生命，它将是漫长的。”
我们即将看到，斯塔普尔顿和塞涅卡都说对了。
为了避免陷入模糊而无意义的讨论，让我们先停下来深呼吸一下，提出一个非常基本的问题：时间是什么？
时间在心理上似乎不如空间那样有形可触。我们不能在时间中自由移动，甚至也不能重临某个选定的时刻。某个时刻一旦流逝，便成为过去。它总是一开始不在当下，然后成为当下，最后再次离开当下。
伟大的思想者圣奥古斯丁就曾清晰表达过一个常见的困惑：“时间是什么？如果无人问起，我心知肚明。如果要向问我的人解释，我却一片茫然。”
一个机智但不严肃的回答常常被张冠李戴到爱因斯坦头上，尽管它实际出自科幻小说家雷·卡明斯（Ray Cummings）之口：“时间就是阻止所有事情同时发生的东西。”
另一个言简意赅但乍听起来也不严肃的回答是“时间是时钟测量的东西”，但我相信这是正确答案的萌芽。我将会在这个想法的基础上展开讨论。
大自然中有许多现象都有规律地重复着。昼夜的交替、月亮的盈亏、四季的更迭，以及人和动物的心跳，它们的周期都是日常经验中的显著特征。如果比较两个人平静时的心跳速率，我们会发现它们之比在多次跳动之后仍大致保持不变。我们也会发现月相的每个周期，即每个农历月，包含的天数也几乎相同。
由于天气变化，季节的周期乍看起来似乎更模糊一些。为了更精确地预测季节，诸多文明都发展出了天文计时的技术。他们想到了监控太阳在天空中运行轨迹的改变，观察太阳每一天在何处升起、何处落下、升起多高。这些位置上的改变比起变化无常的天气模式随季节的改变要有规律得多。通过监控太阳，人们获得了更加精确而实用的对季节和年的定义。（季节被正式定义为标记太阳最大偏移的冬至夏至点与标记太阳位置变化最快的春分秋分点之间的时间段。冬至夏至点标记了昼夜长度差别最大的点，春分秋分点则标记了昼夜长度相同的点。一年就是度过一整个变化周期的时间段。）有了这些精确的定义之后，人们发现每年每个季节包含的天数和农历月的数量都相同。他们建立了日历来帮助生活的方方面面，比如让农民确定何时播种、预计何时收获，以及让猎人预计动物何时迁徙。
简而言之，我们发现，不管是在生理学还是天文学上，都有很多不同周期过程是同步的。它们都踩着同样的鼓点前进。我们可以用这些周期中的某一个来测量其余的。
观察到一个共同的、普遍的速度，是我们了解到的关于物理世界运作方式的一个深刻事实。为了表达这个速度，我们可以说整个世界的周期都接入了某种东西，它告诉它们何时循环。这个东西就被定义为时间。时间是给事物变化伴奏的鼓手。
在人类经验中，时间还有另外两种最重要的表现。一种是它在音乐中的角色。在一起演奏、跳舞或唱歌时，我们也会默认所有参与者都会保持同步。尽管这个经验是如此熟悉以至于我们容易把它归于理所当然，但它的确提供了令人信服的证据，表明我们在很高的精度上拥有共同的时间流逝的观念。
时间的另一个表现也许对人类来说是最重要的，它与生命历程有关。几乎所有婴儿都按照大致相同的时间表成长，开始走路、说话，以及在一定月份（或天、周）之后达到其他的里程碑。人们身高增长、进入青春期、进入壮年再到衰老都遵循可以预测的模式，并与他们活过的年数紧密相关。我们每个人都是一座时钟，尽管难以精确读数。
人类的生命弧线也表明，时间不仅控制了周期事件的进展，也控制着非周期事件的进展。随着人们在科学上的认识逐渐深入，并系统性地研究物理世界的运动和其他类型的变化，他们会一遍又一遍地发现，到目前为止，每种情形中的所有变化都遵循一个共同的节奏。天体位置的变化、在力的作用下物体位置的改变、化学反应的进行、光线经过空间的过程，所有这些以及更多的变化都以同一个时间的节奏演化。
换言之，在我们对物理世界中的变化如何发生的基本描述中，出现了一个通常被写作 t 的量。这也正是人们问“现在几点钟？”时所谈到的东西。那就是时间。时间是时钟测量的东西，变化中的万物都是时钟。
在前一章中，我们在回望大爆炸时已经测量了宇宙的时间。从那时起到现在，已经过去了138亿年。在人类寿命的尺度上，这可真是一个非常漫长的时间。它包含了几亿个人类寿命的长度。
138亿年是一个难以想象的数字，而大爆炸也和我们的经验距离遥远。为了欣赏时间的丰富，我们也应该深度考虑离万物起源更近的历史。有两种可以测量非常长的时间的方式：放射性计年和恒星天体物理学。让我们依次讨论它们。
放射性计年基于核同位素的存在。有一些原子核包含的质子数量相同，但中子数量不同。这些原子核所在的原子的化学性质都几乎相同，但是有些种类的原子核并不稳定，会发生衰变，不同原子核有不同的特征寿命。相同化学元素的不同同位素的寿命通常迥然不同。我们利用相同的化学性质和不同的寿命这两个特征来进行放射性计年。
为具体起见，让我们详细讨论一个重要例子：使用碳元素的放射性来计年。最常见的碳同位素是 12 C（碳–12），它包含6个质子和6个中子。 12 C原子核高度稳定，但也存在另一种重要的不稳定的（或称“放射性”的）碳同位素—— 14 C（碳–14）。
14 C的半衰期大约是5 730年，这意味着如果你有一份含有 14 C原子的材料样品，其中有一半 14 C原子会在5 730年后消失。在这个过程中， 14 C原子核转变为氮原子核（ 14 N），同时发射出电子和反中微子。我们随后会更深入地讨论这种涉及放射性和弱相互作用力的过程。就目前而言，这些细节无关紧要。
当然，我们不必等5 730年来验证这个情况。即使小样本的有机材料也包含许多碳原子，因此我们可以在很短的时间段内就探测到许多衰变。我们在监控逸出的电子时观察到，相同时间段内会有相同比例的现存 14 C原子核衰变。
既然宇宙的年龄远长于5 730年，这就出现了一个问题：为什么还存在 14 C？这里的关键事实是，会有新的 14 C原子核通过宇宙射线的作用在地球大气中产生。这个产生过程弥补了衰变的损失，保持了 14 C和 12 C在大气中的平衡。
生物要么直接从大气中摄入碳，要么在碳从大气溶解到水中不久后从水中摄入碳。它们摄入的碳反映了当前大气中 14 C与 12 C含量达到平衡的比值。然而一旦碳被吸收到生物体内，衰变的 14 C就不再获得补充。此后，它的比例就会以可预测的方式随时间下降。因此，通过测量一份生物来源的样品中 14 C和 12 C的比例，我们就可以得出样品来源最后活着摄取碳的时间。
有两种测量这个比例的实用方式。由于 12 C原子核远远多于 14 C，我们可以简单地通过称出总的碳量来获得对 12 C丰度的良好估计。为了得到 14 C的丰度，我们可以测量放射性，即样品发射电子的速率。我们既然知道在某个时间段内多大比例的 14 C会衰变，就可以利用这个测量结果来推断有多少 14 C。
第二个方法更为现代，是将样品放置到加速器中，我们可以利用样品在强电磁场中的不同运动在物理上分离 14 C和 12 C。这两种方法产生的结果一致。
碳同位素计年法被广泛应用于考古学和古生物学。它已经被用来测定古埃及人和尼安德特人的器物（例如木乃伊）的年代。我们可以检验一些古埃及器物，看看能不能获得与历史记录一致的结果。尼安德特人并没有留下记录，然而多亏了碳同位素计年，我们得知他们在欧洲兴盛了好几十万年，直到4万年前才灭绝。
我们也可以测定早期现代人（智人）的骨头和器物的年代。从这些遗留物中，可以推断我们这个物种大约已经存在了30万年。早期遗留物的分布很稀疏，意味着当时人口规模较小：智人在早期并非特别成功的物种。
需要重点指出的是，存在诸多方式可以验证碳同位素测得的年龄。一个简单、经典且格外优雅的例子就是古树。树木每年都会在树皮上增加一道年轮，因为在不同季节木质沉积的外表不同，会形成对比。我们可以检验碳同位素计年法是否正确地推算出了不同年轮的相对年龄以及总的年龄。
除了 14 C和 12 C，还有许多对其他同位素拥有很长的半衰期。使用本质上相同的技术，我们可以用它们来测定比碳同位素计年能测定的更长的时间。例如，科学家用铀和铅的同位素来测定西格陵兰岛的矿物样品（片麻岩）的年龄，结果一致得出年龄约为36亿年。因此，我们推断这些岩石形成于36亿年前，且在此后几乎没有经历任何化学过程。用这种方式，我们知道，地球作为一个固体行星已经在可见宇宙的寿命中存在了超过四分之一的时间，这是相当大的比例。
恒星的天体物理学理论也给我们提供了一种确定它们年龄的方法。恒星通过燃烧核燃料产生能量。随着燃料不断被消耗，它们的大小、形状和颜色也会改变。比如，天文学家预测，我们的太阳会在大约50亿年后成为一颗红巨星。然后它会吞噬水星和金星，而地球上的事物也会被搞得一团糟。根据理论推测，变成红巨星后过大约10亿年，太阳会炸掉它自己膨胀的大气，然后沉寂为一颗炽热的、地球大小的白矮星。随后，它会缓慢冷却，最终在几十亿年后逐渐消失于黑暗中。
有许多方法可以用来验证恒星演化的理论。例如，我们可以观察一个星团中紧密聚集的恒星。可以合理地认为，这类星团中，有许多恒星大约形成于相同的时间（在宇宙尺度上）。倘若如此，它们就有同样的年龄。随着恒星年龄增长，它们会以可预测的方式演化并改变颜色和亮度。利用恒星演化理论，我们可以分别计算出每颗恒星的年龄。天文学家发现，在许多情况下，同一个星团中不同恒星计算出的年龄的确相一致，因此既证明了恒星演化理论，也得到了星团的年龄。
借助这种方式，我们发现某些最古老的恒星的年龄几乎和可见宇宙相同。换言之，恒星形成始于大爆炸之后的10亿年到20亿年。另一方面，某些恒星非常年轻，我们还能观察到一些地方有尚处于形成阶段的恒星。
总结一下，我们可以说：
· 宇宙在其历史很早的时候（大约130亿年前）就开始形成恒星和行星。新的恒星仍在继续形成，虽然速度正逐渐变慢。
· 太阳和地球以接近当前的形态存在了大约50亿年。
· 人类以接近当前的形态存在的时间要短得多，只有约30万年。这相当于大约一万代人，或者5 000个人类寿命的长度。
把人类生命的跨度与产生想法的基本的电和化学过程的速度相比，我们便能感受到时间内在的丰富。这个比较表明，人的一生能够支持巨量的个人经验与洞察。
沃尔夫冈·阿马德乌斯·莫扎特于35岁时逝世；弗朗茨·舒伯特于31岁时逝世；伟大的数学家埃瓦里斯特·伽罗瓦于20岁时逝世；伟大的物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦于48岁时逝世。显然，把许多创造性的想法压缩到一个人的生命中是可能的。那我们最多可以把多少想法压缩到一生中呢？
由于大脑的运转过程复杂得令人眼花缭乱，不存在某个单一的可以衡量所有这些过程的速度测量方式，因此这个问题存在一些模糊性。不过我依然认为有可能给出一个大致但有意义的答案。
人类信号处理的一个根本限制因素，是神经元互相通信时使用的脑电活动（动作电位）的脉冲之间的间歇期（也称潜伏期）。这个恢复周期将每一秒内脉冲的数量限制为几十到几百次，具体次数取决于神经元的类型。电影通过连续展示一系列静止画面来形成看似会动的影像，每秒展示的画面数（被称为帧率）低于40就可能被人识别出来，也许并非偶然，这个频率刚好足够容纳适度数量的脉冲。这个帧率客观地衡量了我们将视觉信号处理为大脑可以使用的形式的速度。这意味着我们一生中能处理并“理解”大约1 000亿幅不同的场景。
我们心存的有意识的想法的数量可能远低于这个数字，但依然很多。例如，我们讲英语的平均速率大约为每秒两个单词。如果我们估计5个单词代表一个有意义的想法，那么人的一生可以容纳10亿个想法。
这一估计证明，我们被赋予了10亿次体验世界的机会。在这个重要意义上，存在大量的内在时间。这个估计甚至可能太保守了，因为我们的大脑支持并行处理，不同想法能同时运行，其中大多数是潜意识的。
T. S. 艾略特在《J .阿尔弗雷德·普鲁弗洛克的情歌》中对同一结论有个更加讽刺的说法：“一分钟里总还有时间，决定和变卦，过一分钟再变回头。”
在我们的祖先和机器的帮助下，我们得以极大地增加思想资源。我们不必从头开始重新发现如何满足基本需求，比如保暖、获取食物和饮水。有了将我们举至更高空的“飞机”，我们不必重新发现微积分或者现代科学技术的基础。幸亏有了现代计算机和互联网，我们宝贵的思维循环既不必花在费劲的计算上，也不必花在记忆巨量信息上。通过引入这些助手，我们可以将巨量的思考外包出去，释放更多内在的时间，用于其他用途。
大自然并不受人类思维速度的限制。事件的发生可以远快于我们40次每秒的处理速度，尽管我们的视觉无法分辨它们。举例而言，现代信息处理器（比如一台高端笔记本电脑的中央处理器）的“时钟速率”大约是10 GHz，对应于每秒100亿次。计算机可以远远快于人脑，因为晶体管利用电场驱动的电子运动来运作，而非神经元所依赖的扩散过程和化学变化，后者要慢得多。通过这种自然的方法来衡量，人工智能的思维极限速度大约是自然智能的思维极限速度的10亿倍。
时钟和时间测量的历史涉及不少物理学的历史。早期的时钟包括基于太阳位置的仪器（日晷），基于沙子流速的沙漏，以及基于水流、蜡烛等物质的相关设备。诸如伽利略和克里斯蒂安·惠更斯这样的传奇人物发展了机械摆钟，摆钟在几十年的时间里发展完善，建立了时间精确性的标准，直到20世纪。
20世纪，物理学家引入了基于完全不同的物理原理的更加可靠的时钟。在时钟制造的前沿，摆动的钟摆和先被旋紧再逐渐放松的发条被振动的晶体取代，后者随后又被振动的原子取代。这些振子由于体积更小，受外界不规则振动的影响也更小，而且运行的摩擦力非常小。因此，如今最精确的原子钟非同一般地稳定，具体而言，误差不超过10 –18 。也就是说，两个这样的时钟在运行超过宇宙年龄的时间跨度后，差别依然在一秒钟以内。今天，相对便宜的、袖珍的（芯片大小）原子钟可以保持10 –13 的时间精度。它们每百万年才会快或者慢一秒。
这样非同一般的精确度似乎有些浪费，但实际上却极为有用。首先，在全球定位系统中，它们记录下的时间会被转换为精确的距离测量值。（例如，这样的测量可以帮助大型机器精准对齐。）需要注意的是，即使时间上只有微小误差，乘以光速以后，也会变为距离上的显著误差。
设计更加精确的时钟是现代物理学中具有挑战性和巨大创造性的分支之一。最近有个例子让我倍感亲切：我们有可能协调大量的原子，配合一种由我预测并随后被观察到的新物质形态——“时间晶体”——来提升单原子的原子钟的精确度。
正如之前对空间的讨论，我们要研究极短的时间，也必须用更为间接的方式来测量它。在空间的情形下，我们看到，X射线衍射与盖革和马斯登进行的散射给出的信息可以被转换为原子和亚原子世界的地图（即图像）。这些技术涉及观察目标（即我们想要成像的对象）如何改变入射X射线和入射粒子的运动。
要分辨出快速发生的一系列事件的结构，我们采用类似的方法，但关注的是能量的改变而非运动方向的改变。快速事件的世界充满奇迹与惊喜。为了与主题相符，我仅简要地集中讨论几个最重要的例子。
使用高功率激光有可能分辨出在许多化学和生化过程中发生的事件序列。飞秒化学以小至10 –15 秒（1飞秒）的时间间隔来构造这样的时间线。激光视力矫正手术（Lasik）也利用了飞秒激光脉冲来改造病人的角膜。
使用高能加速器甚至还可能解析更短的时间，我们随后会更深入地探索这样的例子。希格斯粒子的发现是21世纪物理学的一个主要成就。它高度不稳定，仅能存在大约10 –22 秒。因此，为了识别它存在的证据，物理学家不得不重建在那个时间尺度上的事件。
爱因斯坦的广义相对论作为引力理论已经获得了一次又一次的胜利。它告诉我们时空可以弯折和扭曲，这个事实推动了我们关于时间旅行、传送门、虫洞和曲速引擎的梦想。这些幻想和渴望是否有可能在现实中被设计并建造出来呢？
我几乎看不到能够在可预见的将来操纵物理时间的希望。激光干涉引力波天文台（LIGO）观测到引力波是对广义相对论最近的，或许也是最纯粹的重大验证，而它同样将问题显露无遗。
LIGO是一台精密仪器，被设计用来探测时空的微小扭曲。它包含相距4千米的两面镜子，能测出它们之间比一个原子核直径的千分之一还小的相对位置变化。即使有着这样的灵敏度，LIGO也只能勉强探测到两个数十倍于太阳质量的黑洞在剧烈合并过程中产生的时空扭曲。其传达的信息很简单：时空可以被扭曲，但是非常难。
物理时间是很难改变的。实际上，对于物理宇宙中的所有物体而言，它总是朝一个方向稳定地流动。心理时间则迥然不同。它可以蜿蜒曲折、出现分岔以及十分敏捷地来回跳跃。我们可以回到过去查阅记忆。在这个过程中，我们可以快速地、缓慢地或者跳跃地在记忆之中移动。我们也可以改变脑海中的事件，想象事情本来会怎样。我们常常想象各种未来，并规划行动，以实现我们所向往的结果。这也许是我们大脑额叶的核心工作——额叶是大脑中一个巨大而复杂的突出部位，它赋予了人类独特性，将人类与动物区分开来。
计算机本质上不会变老，它们可以准确地回到过去的状态，而且能够并行运算多个程序。基于这些平台的人工智能将能够以极大的精度和灵活性设计构造它的心理时间。尤其是它可以设置能带来快乐的状态，并在每一次重复体验中获得新鲜的感受。
人类思维速度据我们估计只有大约数十次每秒，这与当前由电子运动驱动的思维速度（通过计算机时钟速率来衡量）之间存在巨大的鸿沟。如前所述，这个差距可达10亿倍。基本的飞秒原子过程甚至比计算机还要快好几千倍。因此，每一个瞬间还可以容纳更多的生命。
进化巧妙的人类、半机器人，或者完整的人工智能将拥有大量机会来超越当前思维的标准速度。除非发生灾难性的核战争或者气候变化，我估测它们在几十年内就会很快到来。
更加新奇的是，我们可以想象基于亚原子过程的智能形式，它的思维运转甚至还要更快一些。罗伯特·福沃德（Robert Forward）令人心旷神怡的硬科幻小说《龙蛋》就在这一背景下上演。他想象一种生命的智能形式“奇拉”在中子星的表面进化。在那里，主宰世界的是核化学过程，而非原子化学。核化学交换的能量比原子化学高得多，因此运行速度更快。人类眨眼之间，奇拉的历史就已经过去了好几个时代。人类宇航员一开始遇上这些生物时，它们还是一种在科学上落后的野蛮的生命形式，但人类宇航员发现，奇拉们在进入它们图书馆后仅仅半小时，就远远超越了人类。
在《格列佛游记》中，乔纳森·斯威夫特介绍了一种永生的种族——斯特鲁德布鲁格人。他们虽然永生，但依然会变老。年老时，他们会变得虚弱可怜，并成为社会的负担。永生的悲惨或邪恶是神话和文学的常见主题，它们想要表达的教训是，不要轻易许愿长生不死。
坦率来说，我觉得这是一种酸葡萄心理。死亡会毁灭一个人的记忆和学问，这不仅很恐怖，而且是一种浪费。延长人类健康的生命应当是科学的主要目标之一。