王亮量

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淺談牛頓絕對(duì)時(shí)空觀和愛(ài)因斯坦相對(duì)時(shí)空觀

王亮量

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在古代，人們一般把空間理解為具體的地點(diǎn)，比如高山、海洋等；對(duì)于時(shí)間就理解為具體的某一時(shí)段，比如上午、下午等。這種觀念通過(guò)最簡(jiǎn)單的方式顯現(xiàn)出了時(shí)空與物質(zhì)的緊密聯(lián)系。在近代，時(shí)空觀最典型的代表是牛頓絕對(duì)時(shí)空觀和愛(ài)因斯坦相對(duì)時(shí)空觀。本文首先分別分析了二者的含義,再通過(guò)互相比較,說(shuō)明他們既有共同點(diǎn),又有所區(qū)別。

時(shí)間 空間 辯證關(guān)系

很多人普遍認(rèn)為愛(ài)因斯坦的相對(duì)論時(shí)空觀是對(duì)牛頓時(shí)空觀的否定,是要代替他的位置。從理性的角度來(lái)看,這是不完整、不科學(xué)的，對(duì)二者的關(guān)系應(yīng)該重新分析。牛頓絕對(duì)時(shí)空觀是從在他的力學(xué)角度出發(fā)的，體現(xiàn)了時(shí)空具有絕對(duì)性；愛(ài)因斯坦相對(duì)時(shí)空觀則和相對(duì)論理論緊密相關(guān)，體現(xiàn)了時(shí)空具有相對(duì)性。從發(fā)展歷程上來(lái)說(shuō),這是一種過(guò)渡,二者應(yīng)是辯證的對(duì)立統(tǒng)一關(guān)系。

1 關(guān)于牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀

牛頓的表作《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中敘述了作者對(duì)時(shí)間的觀點(diǎn)。他認(rèn)為:“絕對(duì)的、真正的和數(shù)學(xué)的時(shí)間自身在流逝著,而且由于其本性而均勻地、與任何其它外界事物無(wú)關(guān)地流逝著”。[1]從這里可以看出,牛頓認(rèn)為時(shí)間具有絕對(duì)性,這從下面幾點(diǎn)可以看出來(lái)。第一,時(shí)間是獨(dú)立存在的,具有非物質(zhì)性。它的變化不依賴(lài)于任何物質(zhì)。第二,時(shí)間是無(wú)法改變的,在任何時(shí)候或?qū)θ魏问录臏y(cè)量中,時(shí)間都是在均勻地變化著。它的流逝就像滾動(dòng)的河水,不分白天和黑夜。第三,時(shí)間沒(méi)有開(kāi)始,沒(méi)有結(jié)束,是永恒的。就拿自然界來(lái)說(shuō),它不知道是什么時(shí)候開(kāi)始的,也不知道什么時(shí)候會(huì)結(jié)束。牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀將時(shí)間的開(kāi)始假定為萬(wàn)世之前的，上帝的一次推動(dòng)，便有了時(shí)間的開(kāi)始。之后上帝便不去干預(yù)自然規(guī)律，時(shí)間便如同開(kāi)始一樣，均勻的，流淌，并且永無(wú)終結(jié)。第四,不能從空間上區(qū)分時(shí)間,任何地方的時(shí)間是相統(tǒng)一的,或許人們依照不同的參照物,對(duì)時(shí)間的表示會(huì)有所不同,但根本上是一致的。因?yàn)榈厍蜃赞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),人們?cè)跇?biāo)記時(shí)間是會(huì)有北京時(shí)間中午12點(diǎn),華盛頓子夜12點(diǎn)。它們的時(shí)間是同一時(shí)間,但因?yàn)榈貐^(qū)的區(qū)別,表示出來(lái)會(huì)出現(xiàn)不相同的表達(dá)。但事件發(fā)生的時(shí)間是唯一的,具有絕對(duì)性。第五,“流逝”表明了時(shí)間的方向性特點(diǎn),主要是通過(guò)因果關(guān)系來(lái)體現(xiàn)。

在《原理》中,牛頓認(rèn)為絕對(duì)的空間,就是與外界任何事物無(wú)關(guān),處于一種永遠(yuǎn)的相對(duì)靜止。具體解釋,是有以下幾個(gè)方面的內(nèi)涵。第一,空間是一種客觀存在,不依附于任何物質(zhì)。這就意味著它是一種“虛空”狀態(tài)。是絕對(duì)靜止的,物質(zhì)在這種絕對(duì)靜止的空間運(yùn)動(dòng)。第二,空間是沒(méi)有邊際,沒(méi)有范圍的?？臻g在一定程度上是依賴(lài)于想象的,這種絕對(duì)空間更是一種范疇,沒(méi)有固定的限制。第三,空間是一種非物質(zhì)的概念,本身沒(méi)有區(qū)別性。和時(shí)間一樣,對(duì)同一空間間隔地測(cè)量,所得到的結(jié)論是一樣的。第四,時(shí)間的變化影響不到絕對(duì)空間。不能說(shuō)因?yàn)闇y(cè)量的時(shí)間不同,測(cè)出的空間也會(huì)不同,這是沒(méi)有變化的。

2 關(guān)于愛(ài)因斯坦相對(duì)論的時(shí)空觀

愛(ài)因斯坦提出了狹義相對(duì)論。在這種觀點(diǎn)中,一方面由于光速不變,時(shí)間和空間之間有了一定的關(guān)聯(lián)。在互相比較中,空間間隔和時(shí)間間隔就有了的相對(duì)性。這在實(shí)質(zhì)上業(yè)是承認(rèn)了絕對(duì)空間的存在。因此,在空間的本性上,狹義相對(duì)論中時(shí)間和空間的前三個(gè)方面基本內(nèi)涵是和牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀相同的。也由于光速不變,出現(xiàn)了時(shí)間和空間相連接的地方。另一方面,黑洞的出現(xiàn),最終讓我們承認(rèn)相對(duì)的時(shí)空問(wèn)題。在用愛(ài)因斯坦的方式模擬宇宙模型,考慮客觀因素,進(jìn)行討論時(shí),我們得到了宇宙的爆炸模型。由引力坍縮和大爆炸模型,我們看到了廣義相對(duì)論中的時(shí)空是非均勻的、有限的、有始有終的。[2]在宇宙中,黑洞內(nèi)的時(shí)空與洞外的時(shí)空的是不一致的,這就出現(xiàn)了相對(duì)論中的時(shí)空觀,這里時(shí)間和空間是有區(qū)別的,不是一點(diǎn)變化都沒(méi)有的。

3 統(tǒng)一分析牛頓絕對(duì)時(shí)空觀和愛(ài)因斯坦相對(duì)時(shí)空觀

3.1 二者的對(duì)立性

從二者與物質(zhì)的聯(lián)系方面來(lái)分析，兩種時(shí)空觀是對(duì)立的。絕對(duì)時(shí)空觀認(rèn)為時(shí)間和空間是沒(méi)有聯(lián)系的，將他們區(qū)別為不同的獨(dú)立的觀念。牛頓認(rèn)為，絕對(duì)空間來(lái)自于上帝,因?yàn)樯系凼菬o(wú)處不在的,就成了時(shí)間和空間。這種隔絕的思想世界離開(kāi)了現(xiàn)實(shí),是完全的想象。來(lái)到愛(ài)因斯坦相對(duì)時(shí)空觀中，愛(ài)因斯坦就拋棄了那種抽象的時(shí)空，緊緊抓住時(shí)空與物質(zhì)和運(yùn)動(dòng)的密切聯(lián)系。這也把時(shí)間和空間自身聯(lián)系起來(lái)了。同時(shí)在關(guān)于時(shí)間的測(cè)量方面，兩種時(shí)空觀也是對(duì)立的。牛頓認(rèn)為時(shí)空是上帝,上帝的測(cè)量根本沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn),是無(wú)法測(cè)量的。相對(duì)論在測(cè)度時(shí)間上，規(guī)定了一定的范圍，這在一定程度上修正了牛頓的時(shí)間概念。愛(ài)因斯坦恢復(fù)了物理時(shí)間作為測(cè)度時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn),這種方法將時(shí)間、空間與物質(zhì)運(yùn)動(dòng)重新聯(lián)系在一起。這樣拉近了時(shí)間和空間的比較性,讓測(cè)量成為一種可能,否則只是一個(gè)概念,沒(méi)有實(shí)際的比較意義。

3.2 二者的統(tǒng)一性

牛頓絕對(duì)時(shí)空觀與愛(ài)因斯坦相對(duì)時(shí)空觀不是完全相反的,二者具有統(tǒng)一性。兩種時(shí)空觀都體現(xiàn)了無(wú)限性和不變性。宏觀上來(lái)說(shuō),時(shí)間本身是沒(méi)有開(kāi)始沒(méi)有結(jié)束,只能在一定范圍內(nèi)測(cè)量,空間也是這樣的。沒(méi)有人能找到時(shí)空的源頭,也估計(jì)不了結(jié)束的范圍。另外,時(shí)空在客觀上是不變的,這從以下幾個(gè)方面來(lái)說(shuō)。第一，不管是從整體上來(lái)探討,還是談到具體某一范圍的時(shí)空情況,他們的存在都是客觀的真實(shí)的，人們想要從主觀上來(lái)改變他們是不可能的；第二，在特定條件下，選擇任何一段的具體時(shí)空,它們的表現(xiàn)形態(tài)是相同。比如說(shuō):哥哥的年齡都是比弟弟的年齡要大；其三，時(shí)間總是朝著一個(gè)方向前進(jìn)的，人們常說(shuō)世界上是沒(méi)有后悔藥的,也是表明時(shí)間是無(wú)法倒流的,人們無(wú)法從現(xiàn)在回到過(guò)去。要向時(shí)間留得更慢一些,或者留得快一些都是不可能的,這只能是一種感覺(jué)上的誤差?？傮w的統(tǒng)一性,都是從時(shí)空本身出發(fā)的。

因此,客觀上,空間和時(shí)間是互相獨(dú)立,互相不影響的,是一種永恒的存在。但二者在相對(duì)的情況下也是相互影響和聯(lián)系的。

4 結(jié)語(yǔ)

從上面的討論中可以看出,牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀和相對(duì)論的時(shí)空觀具有相同的地方。愛(ài)因斯坦不是完全否定了否定了牛頓的觀點(diǎn),他是在具有相統(tǒng)一的基礎(chǔ)上,提出了時(shí)間和空間在相對(duì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行比較。因此,我們說(shuō)相對(duì)論的時(shí)空觀既是對(duì)牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀的一種繼承,更是一種發(fā)展。

[1]牛頓著,王克迪譯.自然哲學(xué)之?dāng)?shù)學(xué)原理[M].北京:北京大學(xué)出版社,2006.

[2]愛(ài)因斯坦著,楊潤(rùn)殷譯.狹義與廣義相對(duì)論淺說(shuō)[M].北京:北京大學(xué)出版社,2006.