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赵常德: 论物理时间(上)

2019-10-20  物理网文

   摘要:上帝或神仙的时间;牛顿和爱因斯坦的时间都是绝对时间,即数学时间。辩证唯物主义者承认数学时间的存在,但只能通过物理时间和绝对时间之间的辩证关系去认识。主观唯心主义、马赫主义者否定时间的客观实在性,否定时间的可认识性,认为时间只存在相对性,甚至认为时间可以独立于宇宙,这必然会将科学引入歧途。接着作者给出了物理时间的定义及其必备的条件。广义时空相对论运用物理时间和客观性原理得到了新的时空变换式和速度变换式。
   关键词:数学时间 物理时间 辩证法 广义时空相对论 客观性原理

   宇宙,现代汉语词典释为:“一切物质及其存在形式的总体(“宇”指无限空间,“宙”指无限时间)。”(1)宇宙一词最早载于春秋时期晋国程本(字子华)所著《子华子》一书《孔子赠》篇:“惟道无定形,虚凝为气,散布为万物,宇宙也者,所以载道而传焉者也”。(2)是说唯有千变万化的客观规律,寓于看不见的“气”和万物之中,所谓宇宙,就是通过它们显现这些客观规律的埸所。到了战国时期,鲁国的尸佼在其所著《尸子》一书中,第一次明确定义了“宇宙”:“上下四方曰宇;往古来今曰宙”。(2)这个定义虽不深刻,但很简单且直观,故而被大家接受,传承至今。
   然而对于宇宙(包括物质、运动、时间、空间)的认识和理解,从古到今无论是神学家们,哲学家们或是物理学家们一直在进行非常激烈的辩争,但现在它们大体都已形成了各自的主流认识。

1.上帝和神仙的时间
   1995年保罗·戴维斯在《关于时间—爱因斯坦未完成的革命》一书中写道:“上帝肯定不可能既存在于时间之内又存在于时间之外,经过几个世纪的激烈论争,神学家们对这个复杂的难题还没得出一致的答案。”(3)但是,在世纪之交,这道难题似乎已经被基督教哲学教授理查德·斯温伯恩所解决。他在所著《上帝是否存在?》(4)一书中文版序言中说道:“有没有一个上帝,即有没有一个全能的、全知的、全善的、具有人格的存在者,作为世界万物的创造主与维护者,这当然是基督教、犹太教以及伊斯兰教的基本主张”,答案是“肯定性”的,“有一个上帝”。而且“上帝的所有其他本质属性,都起源于全能、全知、完全自由这三种属性”。因此“上帝存在于无始无终的时间的每个时刻”,是“永久性”的。这样上帝就“‘无所不在’(存在于任何地方),就是说,他能使任何地方的事物发生变化,能够知道哪些地方正在发生哪些事件,却无须依赖手臂、感官或光线的正常运动。”上帝是“宇宙的创造者”,也是“宇宙的维持者”。这就是宗教哲学的最新主流观点,为世界上许多人所信仰。
   神仙的时间也是“永久性”的,在中国,神仙如“盘古天王”,“如来佛”、“太上老君”他们都有上帝那种创物知事、无所不在的本领,稍有不同的是神仙用“千里眼”“看”过去,如果是事后还可以“掐指一算”。
   显然,上帝和神仙的“时间”,是一种彻底的主观唯心主义的观点,是不符合客观事实的,是反科学的。

2.哲学家的时间
   哲学家们已经分成了两大派,即:辩证唯物主义者和唯心主义者。
2.1 辩证唯物主义时空观
   列宁指出:“物质是标示客观的实在的哲学范畴,这种客观的实在是在人的感觉中被给予人的,它不依赖我们的感觉而存在着,为我们的感觉所复写、摄影、映写。”(5)“正如物或物体不是简单的现象,不是感觉的复合,而是作用于我们感官的客观的实在,空间与时间不是简单的现象形态,而是存在的客观实在的形态”。“关于空间与时间的人的表象是相对的,可是从这些相对的表象中构成着绝对的真理,这些相对的表象在自己的发展中走向绝对真理,接近绝对的真理。关于空间与时间的人的表象的变化性并没有驳倒空间与时间的客观实在性……。”
   时间和空间是人们对物质的“运动过程”和“存在形式”的共同属性即“普遍性”所赋予的抽象描述。物质运动是绝对的,与其不可分割的时空的存在因而也就具有绝对性。
   时间具有持续性(或无限性),表现为物质运动过程的久暂及其先后顺序;时间的特点在于其均匀连续性和不可逆性。
   空间具有广延性(或无限性),表现为物体间的并存和分离状态、物体的体积、位置和排列等等;空间的特点在于具有三维性和均匀连续性。
   时间和空间是绝对可分的,它们是完全不同的两个概念。对任何坐标而言,时空度规是绝对同一的,度规是刚性的。时间和空间不具有几何性质。
   这就是我们所坚持的辩证唯物主义时空观,这既是信仰也是被迄今为止自然科学的基本事实所证明了的。
2.2 唯心主义时空观
   唯心主义者否认物质的客观存在性,否定世界统一于物质,否认物质的第一性而认为精神、意识是第一性的,因而否认时间和空间的客观实在性,认为时间和空间不过是“感觉的复合”。(5)。
   神秘唯心主义哲学家贝克莱认为:“存在就是被感知”,“物质是非实体,物质是虚无。”而“空间、时间和运动都是相对的,不是绝对的”。
   唯心主义大师康德认为,“自在之物”是“不可认识的”,而时间和空间这两个概念并不是从经验产生的,不是客观实在,而只是我们的直观形式,是主观的。
   主观唯心主义者马赫和马赫主义者则认为:“感觉不是‘物的符号’,‘物’倒是具有相对安定的感觉复合的思考的符号。世界的真正要素,不是物(物体)而是颜色、压力、空间、时间(即我们通常叫作感觉的东西)”,而“空间和时间是感觉系列的有秩序的体系”,“空间和时间不是现象世界的实在性,而是我们用以感知物的方式。它们既不是无限大的,也不是无限可分的,它们在本质上是被我们的知觉的内容所限制着的。”还有著名的马赫原理:“惯性力本质上是一种引力,因为在宇宙遥远天体对物体所能产生和作用力只有引力;而惯性系则是由宇宙中所有物质及其运动的某种平均效果所决定的。”因而只有相对运动,没有绝对运动;既无绝对速度,也无绝对加速度。
   当代英国科学哲学学会会长,英国科学院院士卢卡斯(J.R.Lucas)则告诉我们:“上帝确实选择在他创造世界之时启动了宇宙大爆炸,正是因为他想在某一时间创造世界,而且他肯定要在某一时间决定付诸实施。这并没有什么奇怪或神秘的。”(6)这就是当代神学化的科学,或者说是科学化的神学。
   还有2006年6月19日“当代的爱因斯坦”霍金先生在北京人民大会堂作了《宇宙的起源》的“精彩”演讲:“时间独立于宇宙,在这个背景中,宇宙可以存在,也可以不存在。”按照他的实证主义约定方法“人们不能诘问宇宙是否在一年前确实存在过,或者仅仅显得是那样。”还告诉我们他和哈特尔一道在将广义相对论和量子论结合时就发现:“宇宙自发创生的图景有一点像泡泡在沸腾的水中形成,”而且“在极端情形下,时间可以像空间中另一方向那样行为”?“诘问在宇宙开端之前发生了什么是没有意义的问题,因为在南极的南边没有任何东西。”还发现:“宇宙和时间本身都在大爆炸处起始。它(指广义相对论)还预言时间在黑洞终结。”最后霍金先生不无遗憾的说:“尽管我们已经取得伟大成功,但并非一切都已解决”。多可惜!就这样霍金先生利用在神圣的大会堂上发表演说的机会,宣传唯心主义的“伟大成功”:他以否定物质世界的存在,否定物质的第一性和否定绝对时间的客观实在性来坚持他的主观唯心主义、马赫主义的世界观;他用逻辑混乱的实证主义的约定法,来“构造世界的模型”以“解释感官的输入”,而“人们不能询问这个模型是否代表实在,只能问它能否行得通。”;他还用许多自创的非科学的语言进行陈述,例如:“宇宙自发创生”、“泡泡”、“在极端情形下,时间可以像空间中另一方向那样行为”、“假定宇宙的开端正如地球的南极,其纬度取时间的角色。”、“诘问在宇宙开端之前发生了什么是没有意义的问题。因为在南极的南边没有任何东西。”;还有热昏了的胡话:“宇宙的边缘”、“宇宙的初始条件”、“宇宙现在状态的概率”、“宇宙的量子起伏”……如此等等,通篇可见。因此,霍金先生的演讲内容是反科学的,是地地道道的伪科学。

3.数学时间
   数学时间就是亚里士多德的“宇宙时间”及“统一的时间”,也是牛顿所说的“绝对时间”。
3.1 牛顿的时间
   牛顿指出:“绝对的、真实的和数学的时间,由其特性决定,自身均匀地流逝,与一切外在事物无关,又名延续;相对的、表象的和普通的时间是可感知和外在的(不论是精确的或是不均匀的)对运动延续的量度,它常被用以代替真实时间,如一小时,一天,一个月,一年”。(7)而且还认为:“由表象时间的均差或勘误来区别绝对时间与相对时间”。但是牛顿在其牛顿力学中却放弃用这种可以“纠正”的实际量度所得的时间(即相对时间)来代替真实时间(即绝对时间),而只采用绝对时间。这无异于认为相互作用速度和信号传递速度都是无限大的,相互作用是超距的,他不明白相互作用必须通过中间媒质以及相互作用必然有一个实际的时间过程的道理。因此,牛顿理论中的t都是绝对时间,t相同的事件具有绝对同时性,从而事实上否定了时间的相对性。
3.2 爱因斯坦的时间
   爱因斯坦认为,如果空间A点和B点各放一只完全一样的钟,并且规定光线从A到B所需要的时间等于从B到A所需要的时间,那么“设在‘A时间’tA从A发出一道光线射向B,它在‘B时间’tB又从B被反射向A,而在‘A时间’tA'回到A处。如果tB-tA= tA'-tB那么这两只钟按照定义是同步的。”“我们假定,这个同步性的定义是可以没有矛盾的,并且对无论多少个点也都适用,于是下面两个关系是普遍有效的:1、如果在B处的钟同在A处的钟同步,那么A处的钟也就同B处的钟同步。2、如果在A处的钟既同B处的钟,又同C处的钟同步,那么,B处同C处的两只钟也是同步的。这样,我们借助于某些(假想的)物理经验,对于静止在不同地方的各只钟规定了什么叫做它们是同步的,从而显然也就获得了“同时”和“时间”的定义。一个事件的“时间”,就是在这事件发生地点静止的一只钟同该事件同时的一种指示,而这只钟是同某一只特定的静止的钟同步的,而且对于一切的时间测定,也都是同这只特定和钟同步的。”而且认为:“我们不能给予同时性这概念以任何绝对的意义;两个事件,从一个坐标系看来是同时的,而从另一个相对于这个坐标运动着的坐标系看来,它们就不能再被认为是同时的事件了。”(8)以上爱因斯坦的同步定义和操作说明,在同一坐标系中的各点的钟是可以同步的,即可以是同时的,观测者在坐标系中的任何一点都行,他是无处不在的,他靠思维想象认为它们是同步的,是绝对同时的。显然,爱因斯坦方程中的t就必然是同一坐标中的绝对时间,这与牛顿的时间完全一样。
   从以上牛顿和爱因斯坦对时间的论述可见,他们的t都是绝对时间,即数学时间。因而t相同的两个事件具有真实的客观的同时性或者称为具有绝对同时性。这是完全正确的。然而用绝对时间来替代相对时间,显然就没有考虑信号传递速度是有限的这一客观事实,实际上我们所能代入物理方程的只能是相对时间,即物理时间。

4.物理时间
   “数学的抽象只是在纯粹的数学中才是无条件地有效的”。“全部所谓纯粹数学都是研究抽象的,它的一切数量严格说来都是想象的数量,一切抽象在推到极端时都变成荒谬或走向自己的反面。”(9)因此牛顿、爱因斯坦的数学时间,只能在抽象地纯粹数学中才成立,而且是无条件的。然而时间的测定是现实的、是有条件的,应该应用物理时间。物理时间就是指观测者应用计时指示仪器实地测得的事件发生的时间示数。因此,物理时间的产生就应当具备:1、必须有一个观测者,而且还要明确这个观测者在坐标的什么地方(一般设在原点);2、观测者手中要有有一定精度的计时仪器;3、观测者用这部仪器记录下所发生的某事件的信号到达的时刻。上述关于物理时间的定义表明,所记录的物理时间是主观的时间,它是客观真实时间的表象,因而它是相对的时间。两个事件如果物理时间记录相同只表明主观的同时性或表观的同时性。如果想要知道它们各自的真实时间,就还必须知道它们的距离和信号通过中间媒质的情况和速度。例如两事件的发生地距观测者等远,传递事件信号的中间媒质状态完全一样,而且都是传的同一种信号(如光信号:设c=3×108km/s,声信号:设 ),那这两个事件不仅具有主观的同时性,还具有了某种精度范围内的客观同时性或某种真实地绝对的同时性。由于这种绝对同时性只能在某个误差范围内成立,因此这种绝对同时性也是相对的。然而客观的绝对同时性却是存在的,不能因为计时技术的不断改善,相对时间(物理时间)只能无限的逼近绝对时间而被否定。事实上,绝对时间正是由这些无限逼近的相对时间序列所构成。


       2006/12/17 p.12454

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