绝对时空观与相对时空观的辩证关系

摘要在古代,人们认为空间就是指具体地点,如山川海洋等;时间就是指具体时段,如白天夜晚等。这种原始的时空观体现了时空与物质是紧密联系的,时空依存于物质的具体形态而存在,这是一种具体的时空观。在近代,时空观则经历了牛顿绝对时空观和爱因斯坦相对时空观。本文认为爱因斯坦的时空观并不是对牛顿时空观的全盘否定,而是对它的完善和发展。牛顿表明了宏观时空的绝对性及其自身固有的内在特性,爱因斯坦则揭示了具体时空的相对性及其与物质联系的外在属性。

中图分类号:B01文献标识码:A

哲学界普遍把牛顿的时空观称之为形而上学的绝对时空观,并予以批判和贬斥。他的时空观是当时人们认识的最高成就,是人类实践经验的总结。爱因斯坦的相对论时空观则被誉为是对牛顿时空观的否定与取代。我认为这是不完整、不科学的,对牛顿和爱因斯坦的时空观应有新的关系分析。牛顿绝对时空观建立在他的经典力学体系之上,体现了时空具有绝对性;爱因斯坦相对时空观建立在他的相对论理论体系之上,体现了时空具有相对性。马克思主义认为,绝对性是无条件的,相对性是有条件的。绝对中体现相对,相对中蕴含绝对。绝对性与相对性应是辩证的对立统一关系。

1 牛顿绝对时空观与爱因斯坦相对时空观的对立性

第一,在与物质的紧密联系方面,两种时空观是对立的。绝对时空观认为时间和空间是两个独立的观念,彼此之间没有联系,分别具有绝对性。牛顿认为, 绝对空间是“上帝的感官”或者是上帝自身:“上帝是无时不在和无所不在的。正因为他无时不在和无所不在,他就成了时间和空间。”①他把时空的绝对性“片面地、夸大地、过分地扩大为脱离了物质、脱离了自然、神化了的绝对。”他的 “理念的、真正的、数学的、消除了偏见之后的”绝对时空,只能寄托于上帝或上帝的感官,它是同经验世界根本隔绝的先验世界。在爱因斯坦相对时空观中,爱因斯坦则抛弃了那种与物质脱离了联系的抽象时空,而把时空与物质和运动都密切联系在了一起,把时间和空间自身也密切联系起来了。因此,时空总是随着物质形式和运动状态的改变而改变,不是永恒不变的。爱因斯坦曾说过在用到空间和时间的时候,它们总是一道出现的。没有孤立的时间和空间是合理的。

第二,在关于时间的测量方面,两种时空观是对立的。由于牛顿认为时空是上帝的感官或上帝自身,所以时间的测量就显得神秘莫测。因此在牛顿绝对时空中时间具有不可度量性。相对论所谓时间,依然是测度时间,在这个范围内,相对论大大修正了牛顿的时间概念,然而,它并没有对测度时间本身提出异议,并未在测度时间之外引入新的时间概念,相反,它进一步强调了测度时间的测度本性,指出牛顿的绝对时间根本上不满足测度要求。②相对对论时间是测度时间的精致化。爱因斯坦恢复了物理时间作为测度时间的测度本性:时间必须是一个可观测量,时间作为一个可观测量具体体现在“同时性”的可操作性方面。爱因斯坦在“论动体的电动力学”一文中说:“凡是对时间在里面起作用的我们的一切判断,总是关于同时的事件的判断”③爱因斯坦恢复测度时间之测度本质的举动,将时间、空间与物质运动重新联系在一起,特别是,从测度的角度看,时间与空间不再是独立不依的两个东西,而是相互不可分割的统一体中的两个方面。

爱因斯坦相对时空观是就具体时空而言,阐明了具体时空与物质形态联系的外在属性。爱因斯坦认为,具体物质时空特性并不是绝对不变的,而是可变的,其时空特性与物质的质量、密度、引力场和运动速度有关。在强引力场中,会产生时空弯曲现象;在高速运动中,会出现尺寸缩短和时钟变慢现象。实际这只是揭示了具体时空在与具体物质形成及其运动相联系时所呈现出来的外在特征。牛顿时空观是表明宏观时空自身固有的特性及绝对性,而爱因斯坦时空观则揭示具体时空与物质联系时的外在属性及相对性。需要注意的是,“时空弯曲”和“尺缩钟慢”现象其实并未改变宏观时空固有的一般本性。所谓时空弯曲,是指在引力场中特别是强引力场中,其空间距离变得弯曲,时间流逝变慢。其实此种现象一般是通过实验和观测看到光和时钟在通过或靠近强引力场时,光线弯曲变长,时钟变慢。可是光线的弯曲并不能代表时空的弯曲,时钟的变慢也不能代表时间的变慢。但我们决不能以具体时空相对的外在属性而否认宏观时空固有的一般本性。

2 牛顿绝对时空观与爱因斯坦相对时空观的统一性

牛顿绝对时空观与爱因斯坦相对时空观具有统一性。两种时空观都体现了无限性和不变性。所谓时空的无限性,是指时空在宏观上是无限的。时间无始无终、空间无穷无边。不变性,指时空的客观实在性是不变的。其一,是说无论宏观时空还是具体时空,其存在都是客观的真实的,是不以人们的主观意志为转移的;其二,在特定条件下,某一具体时空的表现形态不变。例如某人的年龄以及与他兄弟姐妹之间出生的先后顺序是不会改变的;其三,是指时空的维度是不变的,即时间的一维性和空间的三维性是不变的。时间总是朝着一个方向前进,正如常说的“时光难倒回”。空间总是朝着上下、左右、前后三个维度沿伸。其四,是指时间的均匀流逝性和空间的独立空旷性不变。尽管任何物质运动和信息传递都离不开时空,但时空却可以离开某一具体的物质运动与信息传递,且以它固有的本性而客观独立地存在着。④正如牛顿所说的那样,时间无论各物质形态和运动形式如何变化,它总是均匀流逝(下转第131页)(上接第110页)的;空间犹如不变的空箱,可以装载或容纳不同的物质形态及其运动。

两种时空观都体现了有限性和可变性。所谓时空的有限性,是指具体时空是有限的。尽管宇宙中具体事物的时空形态与特性是无限多样的,但每一事物的具体时空形态与特性都是有限的,都占有一定的空间和经历一定的时间,且以自己特有的时空方式存在着。所谓时空的可变性,也有多种涵义和表现。其一,是指具体事物的时空形态是相对的和可变的。即任何具体事物都是在一定的时空条件下产生、存在、发展并消亡,其时空形态是可变的,不会永远固定在一点上或停留在一个水平上。其二,是时空的具体特性随着物质运动的速度而变化。又如相对论所认为,当物体高速运动时,沿运动方向的空间长度缩短,物质内部变化过程的时间持续性延长,即会产生“尺缩钟慢”现象。其三,是指具体时空的维度是相对的和可变的。按照人们常规的思维定势认为,时间具有一维性,空间具有三维性。其实事物具体时空的超常维度是相对的和可变的。例如在思维运动中,时间可具有二维性。人们思维和想象的速度是随意的,是可以跨时空的。当人们展望未来、回忆过去的时候,其思维运动的时间特性就呈现二维性,既可朝前也可向后两个方向延伸。在几何学中,可有一维空间和二维空间。几何学是研究空间关系及其规律的学说。人们把 “线”称为一维空间;把 “面”称为二维空间。尽管现实的空间总是三维的,然而作为线和面的一维空间和二维空间在理论上是成立的,在现实中也是被人们所认可的。

综上所述,爱因斯坦相对时空观既不是对牛顿绝对时空观的全盘否定也非全面继承,而是一种扬弃。爱因斯坦曾这样说过:“我们必须小心,决不可错误地把这个体系看作是同古典物理学的思想方式截然不同的一种新的思想方式。相对论决没有这样的意图。……它并不是完全新的物理学理论;它只不过是根据相对性原理进行修改了的物理学理论。……相对论的思想本质上是同科学已经显现出来的规律和总趋势相一致的。”⑤这段话指出了相对论与经典力学之间的继承关系,同时也适用于评价相对论的时空观的革命性意义。所以牛顿绝对时空观与爱因斯坦相对时空观是对立与统一的辩证关系。

总而言之,时空观是有关时间和空间的物理性质的认识,时空观同自然科学的发展是密切相关的。科学上的重大变革往往伴随着新时空观的产生,因此可以说时空观的变革是科学进步的重要标志。从古代的天圆地方到亚里士多德的宇宙中心论,到牛顿的绝对时空观,再到爱因斯坦的相对论时空观,每一次时空观的变革都伴随着科学的重大进步,都是对传统的巨大挑战。新的理论的产生同时也将使我们的科学和社会处于不断进步之中。

注释

①牛顿.自然哲学的数学原理[M].商务印书馆,1957:545.

②吴国盛.时间的观念[M].北京大学出版社,2006:115.

③爱因斯坦.爱因斯坦文集[M].徐良英等编译.商务印书馆,1978:85.

④张治安.时空观新论[J].中共渭南市委党校,2001(1):16.

⑤爱因斯坦.爱因斯坦文集[M].徐良英等编译.商务印书馆,1978:369.

参考文献

[1]郑庆璋.崔世治.相对论与时空[M].山西科学技术出版社,2005.

[2]伽利略.关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话[M].上海人民出版社,1947.

[3]坂田昌一.理论物理学和自然辩证法[J].译载自然辩证法研究通讯,1995(1).

[4]爱因斯坦.润殷译.狭义与广义相对论浅说[M].北京大学出版社,2005.

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