在爱因斯坦之前,人们对时间的认知是固步自封的。普遍看法认为时间是一种不变的绝对,如同透明的存在,被忽视在日常所见中。
那时候,人们普遍将时间与空间相提并论,视之为独立于物质及其运动的先验存在,仿佛宇宙之外的旁观者,却又不认为它是具体的物质。人们在时间问题上步入了唯心主义的误区,即认为时间不存在,却仍认为其真实存在。这种观念实际上剥夺了时间的物质属性,从而忽略了真实的时间存在,只留下了意识时间或称心理时间。
在牛顿力学体系中,时间的物理实在性是必不可少的,因为在牛顿运动定律中,出现了加速度的概念,而加速度必须是相对于时间和空间而言的。为了赋予加速度确切的含义,时间和空间必须被视为物质的存在。然而,如前所述,在当时人们的内心深处,时间的物理实在性是被否定的。牛顿也觉得将时间和空间说成是物质实在性似乎不甚妥当,但为了使力学得以明确,只能如此。
让人们接受空无一物的时间和空间是具有物理实在性的存在,这确实显得强人所难。历代哲学家也因此一再回避这样的假定。他们甚至认为时间只是人的一种感觉,并非真实存在。人们之所以感知到时间,是因为太阳的东升西落和地球的公转造成了昼夜和四季的变化。计时工具如日晷不过是这种天体运动的反映。
如果身处茫茫太空中,没有昼夜之分,也就感觉不到时间的流逝,因此有人认为时间不存在,这与佛教的观点有相似之处。佛教认为时间是主观的,源自“时间感”(类似于心理时间),时间感形成于对过去事物的回忆和对未来的期待之中,从而产生了时间的观念和度规。没有明确的时间感,也就不存在时间。
因此,对于佛教而言,客观的时间是虚幻的,他们认为并没有时间的流逝,没有过去、现在和未来的区别,客观的时间没有方向性,甚至可以认为它根本不存在。
十九世纪时,热力学第二定律被发现。随着克劳修斯和开尔文对这一定律的不同解释,人们渐渐将其概括为“熵增原理”,即孤立系统的熵不会自动减少,在可逆过程中熵保持不变,在不可逆过程中熵则增加。所谓的熵可简化理解为混乱和无序。所以,熵增原理表明,世界随着时间的推移从有序走向无序,这种不可逆性就是所谓的热力学时间箭头,它表明了时间是有方向的。这时人们认为时间只是对客观世界的一种描述。
爱因斯坦之后的时间观念
爱因斯坦通过时间和空间的相对性解释了光速的恒定性,从而颠覆了人们根深蒂固的绝对时空观。在狭义相对论中,他首次尝试将时空与物质及其运动联系起来。
同时,闵可夫斯基将时间视为一维特殊的空间,与三维空间合并,视之为四维时空或四维空间。爱因斯坦接纳了这一观点,将时间视为与空间相同的存在。那么,空间是什么?笛卡尔认为空间和广延是一体的,而广延性与物体紧密相连,因此空无一物的空间并不存在。爱因斯坦在广义相对论中证实了笛卡尔的观点接近真理,他认为空间是作为场的结构性存在,空间中充满了场和物质(现代科学已经证实,即使是真空也充满了虚粒子和负能量),不存在没有物质和场的纯粹空间。换言之,空间就是一种物质,这种“空旷”是物质的一种形式,它是由宇宙中普遍存在的、本质是“运动变化”的客观实在性所构成。
空间如此,时间亦然。世界是动态的,宇宙通过永不停息的运动变化来展现客观实在性,这种永不停息的运动变化就是时间,对这种运动变化的度量就是时间的长短,时间是宇宙存在的形式之一,空间亦然。时间的本质是运动变化,且具有不可逆性,而运动变化对应着物性存在,因此时间也对应着物质性——运动变化的客观实在性。既然时间的本质是运动,那么物体的运动会影响运动变化的实在性,进而影响时间。这就是“钟慢尺缩”现象的根本原因。
在不同的时空维度(亦即不同的速度概念)中,我们会观察到一种奇异的现象——时钟似乎走得慢了,尺子也收缩了。这一钟慢尺缩现象,无疑是对时间存在的有力证明,显示了时间不以人的意志为转移的客观性质。有人辩解说,并非时间流逝迟缓,仅仅是那只时钟出了问题,受到了外界的某种作用。
然而,从人的主观感受角度出发,时间的流逝似乎一如往常。没错,“钟慢尺缩”的现象其实是观察者效应的一个例子,对观察者自身静止的时空而言,时间的流逝并没有什么不同,我们称之为“固有时”。问题是,在不同的参考系中,这个固有时的显现会有所区别,就好像时间真的被拉长了,而不是那只钟出了故障。生物体内的新陈代谢就是最好的证明。就拿“双生子佯谬”来说,哥哥踏上接近光速的飞船,经过一系列的加速减速,实际体验了时空的转换,将时间膨胀的效应带到了弟弟的世界,使得他真的跨越到了弟弟的“未来”,而此时的弟弟显然比他更加衰老。
现代科学对这个“双生子佯谬”的解答,只需要比较兄弟二人的“世界线”(即闵可夫斯基所提出的四维时空中的距离)的长短即可。需要注意的是,无论在哪一个参考系中,对同一事件的世界线长度都是一致的。因此,无论在哪个参考系中探讨这个问题,结论总是相同的。举个例子,假设我们在弟弟的参考系内进行讨论,下图就是对他们世界线的对比。
别误会了,以为曲线一定比直线来得长,那是在欧几里得几何的范畴内。在闵可夫斯基的时空观中,哥哥所经历的曲线世界线实际上比弟弟直线般的世界线要短,这就意味着哥哥度过的时间相对于弟弟的要慢。而他们各自的固有时并没有改变,弟弟经历的时间确实比哥哥要长,可见,时间的共时性确实发生了变化,这再一次验证了时间的真实存在。
小结一下
简而言之,时间是物质世界运动和变化的直接反映,也是客观实在的象征。就像物体的尺寸、形态、色彩、重量和质地一样,时间虽然不是物质,但却是物质存在的体现和形式,是切实存在的现实。真正的时间具有方向性,是不可逆的,存在时间之箭。这是时间本质所决定的。我们之前所提到的固有时和世界线,都是对真正时间的描述。
另外,还有一种被称为心理意识时间,它对应着我们日常生活的感知。这种时间同样具有方向性,并且与真实时间的方向保持一致。我们总觉得自己是向着未来前进,总是能记住过去而不是未来。这背后的原因或许与热力学第二定律有关,又或许是因果关系影响了我们对事件的理解和学习,形成了这种感知方式。不论具体理由为何,两种时间的方向是相符的,这种心理意识时间是对真实时间的感知和反映,但它本身并不是真实的时间。
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