刘洪波

为什么群蝇乱飞而不会相互撞击，为什么鸟高速穿过树林不会撞上树枝？它们有比人类优秀得多的视觉能力，更准确地说，是视觉化的时间管理能力。人能感应到的视觉闪烁为每分钟60次，而鸟能达到100次，苍蝇则达到了200次。

在机械动力出现之前，马一直是最快的交通工具，但马在奔跑过程中是四脚凌空，还是始终要有一只脚支撑着地？直到1878年，因为快门技术得到发展，照相机才固定了马的确切跑姿，奔跑中的马会四蹄凌空。更高的时间分辨能力，增进了人类对马的认知。

水母蜇人时，刺细胞弹射出类似于鱼叉的倒钩，加速过程500倍于自由落体加速度。因此，长期以来没有人知道水母蜇人的具体过程。直到拍摄速度达每秒140万幅的相机被发明出来，人们才看到了水母蜇人的全过程。当水母“检测”到捕食对象时，会在700纳秒的瞬间释放刺丝囊，发射毒刺并注射出毒液。

在宇宙尺度下，空间用时间测量，光年就是用光的传播时间来度量空间，天文观测的范围达到了数百亿光年。但这并不是宇宙的边界，那些以光速退行的天体就彻底消退到了不可知之处，它们不是不存在，而是不在我们的视界可达范围内。存在就是被感知，在宇宙视界之外的这是不正确的。

空间的“分辨率”，则是时间的细分。毫秒、微秒、纳秒、皮秒、飞秒、阿秒等等，都曾经只是概念，现在则不断地变成可操作的能力。以光的脚步丈量，光在1秒钟可行走30万千米，1皮秒是光传播30厘米的时间，1飞秒时间里光行走0.3微米，这只是头发丝宽度的百分之一，1阿秒是光行走0.3纳米的时间，也就是3个氢原子的长度。1秒钟光可以绕地球跑7圈半，1阿秒光围着氢原子跑1圈都不够。一个可以增强印象的说法是，1秒钟里的飞秒数多于宇宙诞生以来的小时数，1秒钟里的阿秒数多于宇宙诞生以来的秒数。

每秒记录70万亿张图像的设备，使人足以看到光的行进，它借助于每次持续一飞秒的光脉冲。飞秒激光使人类第一次在原子层面上观察物质运动，在物理学、化学领域中得到了应用，它能使单根光纤的传输率的容量和安全性增加几个数量级，能够使化学反应和生物反应得到更好控制，使雷达灵敏度和探测范围得到提高，也能让安检工作更快地识别爆炸物和危险病原体，在微加工、微手术领域运用更为广泛，一些物品微损伤和生物体早期病变能够得到探测。高功率飞秒激光可使加速器体积成千倍压缩，能用于受控核聚变快速点火，从而为能源革命开辟路径。

飞秒光脉冲带来时间技术的革新。用于产生飞秒激光的光学频率梳技术，可以比原子钟更精确和简便地测量时间间隔。目前的秒定义，建立在铯原子跃迁的微波频率基准之上，并由此定义分、小时。科学家认为，可见光频率数万倍于微波频率，用光梳捕获锶原子或镱原子，制作的光学原子钟将使时钟精度提高上百倍，由此获得的秒将更加稳定。继1967年将时间定义从地球自转转为原子频率后，由光学频率来定义时间或许不会是一个遥远的事情，因为更稳定和准确的时间，对空间导航、卫星通信、电子运算和基础物理学问题的超高精度测量，都极为需要。

时间分辨率到达飞秒级还不够。科学家认为，这样的分辨率无法在亚原子水平上研究物质运动。他们说，飞秒光脉冲下，人类得以研究分子和原子层面的运动过程，空间分辨率达到100纳米级，可以对化学反应过程“过电影”。但化学反应本质上是亚原子层面的电子运动，需要有直接观察电子运动的技术。因此时间分辨率和空间分辨率需要阿秒光脉冲的出现。2017年，最短的单阿秒光脉冲已达到43阿秒。如果进一步推进到10阿秒，就应该能够完全胜任对电子超快运动的研究了。如果时间分辨率可控在10阿秒以下，我们能够看到电磁作用的细节展开过程，进而实时控制电子的运动。

从飞秒到阿秒，时间尺度的进步带来物质控制能力的进步，人类得以展望在原子内部操作物质的前景，操作单个微观粒子，对被量子力学主宰的世界进行直接观察和描述开始变得可能。例如用阿秒脉冲跟踪电子进而操控化学反应的进程，例如观察电子以寻找太阳能电池和纳米纤维的更高性能，例如度量电子对揭开超导现象的秘密。我们可以想象用阿秒激光的“镊子”，储存和操作电子、光子，打开DNA和蛋白质，把药物放进细胞，如此，量子计算、光电转换、肿瘤治疗都将大受其益。

事在人为，既是为与不为的选择，也是可为与不可为的判断。人类可以飞出地球，但不能摆脱通信延迟，如果有朝一日进入宇宙航行，那么就得准备忍受漫长的通信等待，例如完成一次问候应答都需要几年等待。这是不可改变的，也是无法“人为”的。可为不可为，大都属于自然的规定性，人能够让地震造成的损失减少，但不能阻止一次地震的发生。在可为的范围内，才有为与不为的选择，但人类的“可为”范围是不断扩大的。

时间分辨率的提高、时间切割能力的增强，是日积月累地变“不可为”为“可为”的过程。当人类开始使用漏壶来计时，而不再靠立竿见影来分割时间，就开始了一部把时间分割掌控在手的历史。钟表工业把到秒的精度变成了大众生活，原子频率的获得逆转了从地球运行对时间的定义，也使时间分辨率提高到足以在空间上度量原子运动的水平。

技术大多要走过从设备到用品的过程，钟表从市镇和工厂设施转而成为腕上装饰，计算机从庞然大物到指掌操控，很多东西都是如此。超高时间分辨率的个人用品化，看起来并没有现实需要，但每一部电脑都在与授时系统对时，每一部手机都在与导航卫星对表，我们获得的时间，只是精度没有被充分显示，而科学则在不断把时间切割到不可思议的地步。