也谈时间是什么
2009-06-07 21:07:15
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作者 苟文俭

最近在我国的主流期刊上,中科院一位理论物理学家发表了《时间是什么》的文章。该物理学家在该文章中,概括性地介绍了现代物理学中对时间是什么的探索,简洁、全面而又深刻,使作者在对该问题的认识中受益匪浅。

(一)

该物理学家在这篇文章中认为,对“时间是什么?”这个问题还要不断问下去,可能像时间一样永不有终结,科学实践将会不断地给出更深入的回答。该物理学家从以下四个方面、介绍了现代物理学对时间是什么探索的主要结果。

1、时间、空间、物质及其运动是不可分割的:没有离开物质而独立存在的时间和空间,同样也不会有离开时间和空间而独自存在的物质及其运动。时间和空间就像质量和能量一样,是物质的基本属性。

2、时间体现在宇宙的一切事物的运动和演变之中;任何计时器本身都包含在“时间是什么?”这个问题的答案之中,但绝不是答案的全部。我们只能从各种不同的物质事件来不断深化我们对时间的认识,却不会有认识的终结,不会有最终的答案,而把时间与时钟等同起来,是过于简化的答案。

3、关于时间箭头问题,如热力学中的熵增加原理、宇宙的产生和演化等等,这些只是事例而非时间箭头的最终答案。时间的度量需要标准时钟以及对时间均匀流逝的假定,时间的箭头是否也需要一个标准的时间箭头呢?如果需要,那么我们怎么去证明这个标准的箭头就是时间的箭头呢?

  4、现代理论中的时间定义多种多样:既可以有、也可以没有时间反演的不变性;既可有、也可以没有一个起点;既可以是连续的、也可以是分立的(可以存在最小单元),可以只是个数学参数(包括虚数)、也可以是物理时间。谈论还没有被实验证实的那些理论中的时间如何如何,是没有实际物理意义的。

   (二)

物理学是实验科学,包括时间在内所使用的概念,也都来自实验观察与测量的经验事实,对此爱因斯坦就特别强调指出:物理学的观念世界一点也离不开我们的经验本性而独立;他强烈反对把基本概念从经验领域里排除出去,而放到虚无缥缈的先验的顶峰;他并不认为思辨比经验高超,并明确指出:“一个希望受到应有的信任的理论,必须建立在有普遍意义的事实之上”(《爱因斯坦文集》第一卷,许良英等编译,商务印书馆,1976年第1版,第1011106页)。

我们把爱因斯坦的上述论述用于对时间的理解,就很容易得到如下认识:

1、在经验领域,时间表示的就是物质事件的某种变化过程。因此,这就应当是物理学中“时间是什么”的最终答案,这也就表明:时间是具体的,而不是抽象的

因为不同的物质事件,其变化过程的实现方式及表现特征可以完全不同,对此我们就称是物质事件变化过程形成的时间形式不同。即自然界有不同形式的时间。把物体运动中位置变化过程的时间,就称是运动学时间,把绝热系统变化过程的时间,也称是热力学时间。显然,运动学时间与热力学时间,也就是两种不同形式的时间。

2、由于任何物质事件,其变化过程都是有限的,因此,由物质事件变化过程形成的时间也都是有限的;对此我们就称不同形式的时间都具有局域性。

3、经验领域对物质事件的变化过程都是可测量的,即任何形式的时间都具有可测量性,其取值由我们规定的标准来决定,具有人为规定的相对性

根据在经验领域得到的上述的时间意义,对“时间是什么”就可以做如下回答:

时间形成于物质事件的变化过程,它具有形式多样性、局域性、可测量性、取值相对性等基本特性;在我们生活的世界,并没有离开物质事件变化过程的抽象时间

(三)

根据在经验领域对“时间是什么”的上述回答,对该物理学家介绍的现代物理学中对时间探索的上述四个方面的结果,就可以做进一步的如下理解:

1、没有离开物质事件变化而独立存在的时间;时间与质量和能量完全不同,它不是物质的基本属性,而是物质事件变化过程的体现。

2、时间体现在宇宙的一切事物的变化之中;任何计时器只是测量时间的人为标准,并不包含在“时间是什么?”这个问题的答案之中;时间形成于物质事件变化过程,这也就包含了物理学中“时间是什么”的最终答案。

3、时间具有形式多样性,既可以有如热力学时间这种具有方向性的时间,理论表述中是破缺的,又可以是如运动学时间这种无方向性的时间,理论表述中具有反演对称性;这就是现代理论中的时间定义多样性的根原。相对于人为规定的时钟标准,对时间的测量唯一决定于物质事件变化过程的实现方式,它并不需要有时间均匀流逝的假定。

4、物理学的描述对象,都与实在的物质事件密切相关;与描述对象保持一致的物理理论,形式化表述中使用的时间,也都应当与密切相关的物质事件的变化过程保持一致,如果离开了这种变化过程,对描述对象就失去了表述的实在性意义,这不仅会使理论偏离描述对象,也还完全有可能使物理理论步入“虚无缥缈的先验的”轨道。

(四)

把时间抽象化,也就是把时间从经验领域里排除出来,放到了虚无缥缈的先验的顶峰。上述陈述表明:用经验领域物质事件的变化过程去理解时间,与时间相关的一切问题就变得十分简单自然,而用思辨把时间抽象化,与时间相关的一切问题就变得十分复杂,以至于永远都不会有最终答案。事实正如爱因斯坦所述:思辨并不比经验高超。

物理学是实验科学,这是毫无争议的;但当代物理学的理论家们,对时间概念,为什么就不尊重物理学赖以存在的经验领域,而非要热衷于思辨?难道理论家们都还要相信:思辨会比经验高超么?

完成于2009-6-7

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