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要追溯时钟同步的由来，仅仅从一个由铁路经理、发明家或科学家组成的核心小组开始，然后逐渐拓宽范围，是远远不够的。为此，本书将来回切换视角，从地方和全球的相关记载中寻找答案。在本书第2章中，我会介绍庞加莱鲜为人知的经历。庞加莱在1902年出版的畅销书《科学与假设》（ Science and Hypothesis ）中写道，他曾攻读采矿专业并在法国东部危险、艰苦的煤矿中担任过采矿工程师；几十年来，他一直在协助管理巴黎经度局，并在1899年、1909年和1910年担任过经度局主席；他还与他人合著出版物，并经常在一本电子技术领域的主要期刊上发表文章，这本期刊曾刊登过庞加莱关于电动力学基本问题的理论文章，而旁边则是一篇关于海底电缆和城市电气化的文章。这些有谁能想得到呢？
要理解时间的转变及其得到普遍认可的过程，需要重新认识庞加莱。如果只是把他看作数学哲学家或数学物理学家，尽管两者肯定都可以，但是，他对同时性的喻指就只能表现在两个维度上。要全面理解庞加莱，就需要更深入地研究他在各个领域的贡献，而不能只将他的影响归因于对工程的兴趣。本书并非要将庞加莱塑造为一个孤立行动的个体，一个从哲学、数学或物理学领域随意提取“资源”来解决特定问题的人。相反，在本书中，我将把庞加莱放置在一系列重要的行动中，这些行动在一些关键的交会点上，在物理学、哲学和工程学领域形成了基本一致的行动方式。庞加莱不仅仅从他的母校巴黎综合理工大学
获得了知识和技能，母校对他的思想、观点和方法也产生了重要影响。正如他所说，他和他的同事们都自豪地盖上了理工大学的“出厂印记”。第2章围绕这个印记展开叙述，在这个印记下，无论庞加莱评估矿难事故，还是预测太阳系的稳定性和起源，或提出抽象的数学理论，都是合情合理的。我们需要近距离地深入了解庞加莱，只有这样才能捕捉物质和抽象之间存在的更广泛的联系。而且，这个联系至关重要，有助于读者理解本书后续章节的内容。尽管物理学、哲学和技术领域对光的定义不同，但彼此相互交叉，庞加莱坚持在此背景下审视同时性的概念。
虽然庞加莱在巴黎综合理工大学接受了教育，毕业后又专攻了采矿和数学专业，但要推广时钟同步的概念，其知识领域还不够宽。因为完成时钟同步概念所需的知识领域甚至需要延伸至法国之外，延伸至大国之间相互冲突的电线和铁轨网络中。这些网络是由各个大国以极其惊人的速度建立的，但它们的边界经常备受争议，只能通过规则和约定才能进行系统匹配，在19世纪70年代和80年代，这些规则和约定旨在消除不相容的长度和时间标准之间的冲突，但在实践中有时非常困难。因此，本书第2章将继续深入讨论第1章的内容。
第3章描述的是在这个覆盖全球的巨大的时间轴出现之后，不同时间帝国之间的碰撞。在19世纪末的几十年里，对覆盖全球的公约的需求最明显的无疑是绘制世界地图。在那些年里，贸易量增长惊人，但地图上的经度网格差异很大，而且可靠性很低，这让航海家感到越来越不满。随着殖民当局征服新土地、开发资源和修建铁路的步伐的加快，他们也纷纷开始抱怨。所有这些都离不开精确且一致的大地测量学。在1884年美国国务院的一次会议上，这种需求达到了顶峰，当时共有20多个国家申请在英国的格林尼治设置一条单一的本初子午线，也就是零度经线。最终，会议同意将全球零度经线设在大英帝国的中心，法国却对这项决议不服，于是法国代表团努力游说其他国家，采取十进制的时间系统，一心想将法国启蒙运动的理性烙印刻在由时钟和地图组成的世界新秩序上。
第4章从19世纪90年代法国推行时间合理化改革的高峰期开始叙述，当时庞加莱在这场运动中发挥了决定性的作用。庞加莱及其所属的部际委员会负责评估长期以来法国提出的时间十进制化的建议，以及随之而来的对圆周进行划分的问题。他们亲自受理了各种竞争性建议，其目的是实现时间测量的标准化。事实上，庞加莱正是在这期间开始担任法国经度局的高级职员。该机构负责同步世界各地的时钟，以绘制最精确的地图。在这里，在欧洲、非洲、亚洲和美洲，以及需要精确的同步时钟和测地线地图的世界里，我们终于可以直面庞加莱在1898年提出的哲学建议，即将同时性视为一种约定。如果只能通过时钟同步的协议来明确定义同时性，那么此前最精确地进行时钟同步的人莫过于电报员或者经度测量员。将同时性视为一种约定具有非凡的重要性，因为这不仅涉及地图制作的最新技术，还包括对时间本质的思考。牛顿所提出的绝对的、神学化的时间不再占有一席之地，取而代之的是一种更为实用的程序。这种程序得到的是一种工程上的普通时间，代替了过去上帝所设定的绝对时间。
庞加莱在1898年提出的关于推广时间约定的想法中，没有任何内容直接涉及电动力学或相对性原理。直到1900年12月，庞加莱重新审视了荷兰物理学家洛伦兹的早期工作，然后才提出了这两者之间的联系。时间退回到1895年，洛伦兹提出了一个电子理论，其中包含了“真实时间”这个极其巧妙的想法。在静止的以太坐标系内，假设描述电场和磁场行为的麦克斯韦方程组方程是成立的，某个物体，比如一个铁块，在这一坐标系内运动并穿越了整个坐标系，麦克斯韦方程组详细描述了铁块内部及周围的电场和磁场。那么，如何从与铁块一起运动的坐标系的角度来阐述这一物理现象呢？人们尝试考虑运动坐标系在以太中飞驰的情况，可这样似乎会使物理学在突然间变得非常复杂。但洛伦兹发现，如果重新定义电和磁场以及时间变量，就可以简化方程，使其犹如物体在静止的以太坐标系中运动一样简单。由于重新定义了一个事件的时间，所以时间取决于事件发生的地点，洛伦兹把它称作“地方时”，用符号 t local 表示，同样，他还把这个词用在日常生活中，用来描述莱顿、阿姆斯特丹或雅加达等与经度密切相关的地方的时间。这个想法的关键在于，洛伦兹定义的地方时纯粹是一种数学虚构，其目的是简化方程。
1898年1月，庞加莱在一本哲学杂志上发表了他自己第一篇关于时间的论文，旨在表明，通过电报信号交换而进行的时钟同步是同时性公约定义的基础，这个问题与技术和哲学相关，与运动物体的物理学完全没有关系。1900年，庞加莱基于洛伦兹定义的地方时进行了第二次尝试，将这个术语大幅扩展至完全真实的物理学的运动参照系中，而不仅仅是数学虚构了。诚然，庞加莱竭尽所能地让人们不要注意到“表观”的地方时和洛伦兹的数学虚构的地方时之间的差异。尽管如此，这个概念已经发生了变化：对于庞加莱而言，地方时失去了它的虚构地位，并且由于信号交换反对以太的概念，所以地方时就变成了运动坐标系的观察者从自己的时钟里所观察到的时间。
随着庞加莱于1900年提出关于地方时的解释，一时间，物理学、哲学和大地测量学这三大学科的知识便被应用到电气化的时钟同步过程中。1905—1906年，庞加莱在洛伦兹的基础上进行了关于同步时钟的第三次尝试。因为在1904年，为了使虚构的运动坐标系中的电动力学方程更加类似于“真正”的以太静止坐标系，洛伦兹修改了地方时。庞加莱随后利用洛伦兹的成果，调整了地方时的定义，使虚构的运动坐标系和真正的静止坐标系之间的数学对应关系更加准确了。但对庞加莱来说，关键的一点不是他修正了洛伦兹的理论，而是他已经证明：随着物体的移动而进行时钟同步，可以确切地显示洛伦兹修正的地方时，而且对于在该坐标系中运动的观察者来说也是如此。即使庞加莱仍然反对“表观时间
”和“真实时间”，但相对性原理还是适用的。1906年，庞加莱已经把时钟的光信号同步放置在技术、哲学与物理学的前沿和核心位置，而这三个领域正是现代知识的三大基石。
这位法国的博学之才从测地线时间开始，转而从反形而上学的角度研究如何制定时间的公约，此后又专心研究地方时和相对性原理。无论是物理学，还是哲学、技术和政治领域，庞加莱都认为，理性、直观的干预措施可以改善世界。他痴迷于从“危机”的角度看待问题，然后解决问题。他是一名积极、乐观的工程师，对于他所构建的结构，他愿意重新组装其中的主要支柱和电缆，但他坚持认为，现代人应该尊重、整合和改善前辈所创造的世界。
第5章我们回到爱因斯坦的时钟，第5章的重点不是1933年或1953年的那个被誉为“预言家”的、世界著名的数学天才爱因斯坦，而是那个在克拉姆大街的公寓里组装了自制仪器的小发明家爱因斯坦，那个痴迷于机器设计和专利分析的爱因斯坦。他既不是那个在第一次世界大战期间在柏林一举成名的爱因斯坦，也不是在普林斯顿满脑子抽象思维、像隐士一样的老爱因斯坦。我们想说的是1905年在伯尔尼的那个热情洋溢的青年。虽然瑞士在技术基础设施方面起步较晚，但当瑞士的铁路、电报和时钟网络投入使用时，时钟同步是家喻户晓的事，而伯尔尼正是时钟同步程序的中心所在。以伯尔尼为中心，电气化时间向外辐射，到汝拉地区的钟表业，到城市时钟的公开展示，再到铁路，还有同步时钟的专利申请，每一步都有爱因斯坦的身影。
然而，不像庞加莱有那么多改良主义思想，爱因斯坦提出了完全不同的观点来定义时钟同步。爱因斯坦自诩为“局外人”。他仔细研究了前辈们的物理学，但他的目的是颠覆，而不是表示崇敬与进行改进。爱因斯坦认为，时钟同步以及他的物理学和哲学思想，更普遍地说，是从批判性的角度重新评估基础性学科假设的一部分。爱因斯坦并没有系统地从时钟同步的一个方面转向另一个方面，甚至在他接触时间问题之前，他已经获得了相对论方法所需的大部分要素。例如，1901年，他已经否定了庞加莱苦苦支撑的“以太说”。爱因斯坦一直以批判性的态度看待物理学和哲学之间的边界，而且在专利局工作期间，他和同事们已经对时间“机器”进行了长达3年的仔细检查。因此，1905年5月，当爱因斯坦开始通过电信号同步时钟来定义同时性时，并没有像庞加莱那样，将其视为如何区分表观时间和真实时间的问题，并虚构“以太”的说法。对爱因斯坦来说，时钟同步如同一把钥匙，终将开启他经过10年的努力才组装好的理论“机器”。没有以太，也没有实际的电或磁场和粒子，只有时钟所显示的真实时间。
在最后一章中，我们可以看到爱因斯坦和庞加莱的工作是如何近在咫尺但又相距甚远的。争相使用时钟同步的概念，使他们之间的关系变得紧张。但他们之间不是进步与保守的自然观之争，而是各自提出了对现代物理学如何变得“现代”的截然不同的看法，前者是满怀希望的综合理工人
进行的变革，而后者是局外人对基础理论的对抗。尽管他们有分歧，但两人都对电信号同步时钟有着相同的非凡见解，所以两人都站在两次伟大运动的交叉点上。一次是火车、航运和电报等庞大的现代技术基础设施，因为时钟和地图的出现而形成了关联；另一次是人们形成了新的知识使命感，即不通过永恒的真理和神学，而是通过实用主义和公约来定义时间。技术时间、形而上学时间和哲学时间在爱因斯坦和庞加莱的电信号同步时钟中交会。在那个交会处，即知识和权力的交会处，时钟同步具有无与伦比的重要性。