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主题 : 汉斯·赖欣巴哈:什么是时间?
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0楼  发表于: 01-16  

汉斯·赖欣巴哈:什么是时间?

伯尼



  时间是人类经验中最突出的特性之一。我们的感官向我们提供它们在时间次序中的感知,通过这些感知,我们参加在时间的总流程中,这个在宇宙中发生的总流程产生着一个接一个的事件,并把它的产物留在它的后面,使成为某种流动的实体的结晶,而那种流动的实体在过去是未来的东西,在现在则成了永不能变更的过去的东西了。我们处在被叫做“现在”的这一流程的中央;但是,目前是现在的东西正在滑到过去中去,同时我们又移向一个新的现在,永远地留在一个永恒的现在中。我们不能制止这个流程,我们不能使它倒行,而使过去回来;它冷酷无情地载着我们前进,不让我们停息一下。
  企图把时间的这种心理学描述翻译为数学方程语言的数学家,发现自己面对着一个不容易的任务。不足为奇,他一开始就采取了把他的问题加以简化的办法。他剔除这个描述的感情部分,把他的注意力集中于时间关系的客观结构上,希望这样就能达到一个逻辑建构,来说明我们关于时间所知道的一切。那么,我们关于时间所感到的一切就应该可以解释为一个有情感的机体对于一个具有那些特性的物理结构的反应了。
  这样一种处理办法可能会使具有诗情的读者感到失望,但是,哲学不是诗歌。它是通过逻辑分析而进行的意义澄清工作;图象语言在它那里是没有位置的。第一件使数学家关心的事是时间的计量标准。我们认为时间是由一种均匀的流程所进行的过程,它不依赖于我们观察中的随着我们对于我们的经验内容所作的情感上的注意而变动的主观速度。均匀性意味着有一种量度的存在,即有一种相等性的计量存在。我们比较着连续的时间间隔,并有办法说出在什么时候它们是同样长度的。这些办法是什么呢?
  我们用标准钟校正我们所带的表;标准钟则又由天文学家来校正。天文学家用恒星来校正他的标准钟由于恒星的运动是地球转动的映象,因此,我们用来作为我们的标准时计的乃是转动着的地球。那么我们怎么知道转动着的地球是一个可靠的时计呢,即是说,怎么知道地球所记录的是严格地均匀的时间呢?
  当我们问天文学家他是怎么知道这一事实的时候,他就告诉我们,我们使用地球时计时必须十分谨慎。如果我们把太阳的某一次上中天(通过天顶的时候)到下一次上中天这一段时间即是从一个中午到下一个中午算作一天,我们就不会达到一种均匀的时间,这一种时间,即太阳时,是并不完全均匀的,因为地球绕日运行所沿的轨道是一个椭圆形。为了避免这样造成的误差,天文学家用某一恒星的上中天所决定的周期来计量地球的旋转,这种时间叫做恒星时,排除了地球运行所造成的不规则性,因此恒星离开地球是那么远,地球对于一个遥远的恒星的方向可说是不变的。
  那么,天文学家又怎么能知道恒星时是真正均匀的呢?当我们问他时,他会回答,严格说来,就是恒星时也不是完全均匀的,因为地球的自转轴并不老是保持同一方向,而是摆动的,即有点像转动着的陀螺的摆动那样微微摇摆的。(这种摆动的运动很慢,完成一个周转要经过约25000年。)因此,天文学家称为均匀时间的东西,是一种不能直接观察的东西;他得用他的数学方程式表达出来,他的结果则将表现为他对于观察所得的数字所作的某些校正。
  那么,所谓均匀时间就是天文学家借助于数学方程式投射到可观察的资料中的某种时间流程。
  只有一个问题还未解决。天文学家怎么知道他的方程式决定着一种严格均匀的时间呢?天文学家会回答,他的方程式表达着力学定律,因为这些方程式是从自然观察中推导出来的,所以它们是有效的。但是,为了要检验这些观察所得的定律,我们又必须有一个参考时间,即一种均匀时间,根据这种时间我们才能发现某一运动是否均匀,否则我们就无法知道力学定律是否为真。于是,我们达到了一个循环论证。为了要知道均匀时间,我们必须知道力学定律,为了要知道力学定律,我们又必须知道均匀时间只有一条出路可以避免这种恶性循环,不把均匀时间问题视为一个认识问题,而是一个定义问题。我们不必问,天文学家的时间是均匀的这句话是否为真;我们必须说,天文时间定义着均匀时间。真正均匀的时间是没有的;我们称某种时间之为均匀的,只是为了要得到一个标准,我们可以拿其他种类的时间与之相参照。
  这一分析就像我们在前面解决了空间测量问题一样解决了时间计量问题,我们说过,空间的一致性是一个定义问题:同样地,我们现在说,时间的一致性也是定义问题。我们不能直接比较后两个时间间隔:我们只能够称他们为相等的。力学定律所提供的,只是均匀时间的一个同格定义而已。这个结论必然的结果是时间的相对性;用任何均匀性的定义都可以,所得的各种自然描述虽然在词句上有所不同,都将是等值的描述。它们只是语言不同;它们的内容是同样的。
  如果不用恒星的视自转周来定义时间的计量,我们也可以用其他自然时计,如原子的转动或光线的传递来定义。事实上,这些时间计量法确实都是不谋而合的。均匀性天文定义的实用意义的泉源就在这里,它所提供的定义是与一切自然时计所提供的定义一致的。这样,自然时计为了计量时间而起的作用,就类似于在测量空间时的刚性物体所起作用了。
  从时间的计量标准这一问题,我要转而考虑有关数学家的另一个问题。那即是时间次序问题关于时间连续、关于较先和较后、或是说关于时间次序这个问题,是比时间计量问题更基本的。
  我们怎么能知道一个事件先于另一个事件呢?如果我们有一只表,那么它的均匀时间流程包含着时间次序的陈述,但时间次序关系应该可为一个不依赖于时间计量的定义所获致。对于一切可能的各种不同时间计量法,时间次序都应该是一样的,因此,确定时间连续应该可以不必参考时计上的数字。
  对我们判断时间次序所用的方法略加考虑就可以看出,判断时间连续中有一个基本标准是必不可少的原因必须先于结果;因此,一个事件如已知为另一事件的原因,前者必先于后者。例如,一个侦探如发现在一个隐秘处所有一笔用报纸包着的金银财宝,他就知道,把这笔财宝包起来这件事不会在报纸上所印日期之前,因为印刷报纸是产生这一份报纸的原因。因此,时间次序关系可以化为因果关系。
  在这里我们不必研究因果关系。在这里只须说,因果关系表达出一种“如果—那么”关系,这种关系可由同型事件的反复发生来检验。然面,我们必须说明的是,怎样来判别原因和结果。说原因是两个相关事件的较先的一个,对我们没有什么帮助,因为我们想用因果次序来定义时间次序;因此我们必须拥有一个独立的,能把原因从效果中区别出来的判断标准。
  对一些简单的因果关系例子作一下研究,我们就可以知道,有一些自然过程是能清楚地区别原因和结果的。属于这类过程的有搅混过程和与此相似的过程,这些过程是从有秩序状态进行到无秩序状态的。物理学家说到过一些不可逆过程。假想你手上有一段用电影摄影机拍摄的影片,你想知道它应该从那一头卷起;你看见在有一格上是一杯加有奶油的咖啡,旁边是一只空的奶油壶,在离那一格不远的另一格上你看见是同一杯子里是一杯清咖啡,而那只奶油壶里则盛着奶油,这样你就知道后一格摄于前一格之前,你就知道怎样去卷这卷影片了。我们能把奶油掺在咖啡里,但不能把它们分离。或是有一个观察者告诉你,他看见一所烧毁的房子的残迹,另一个观察者告诉你,他看见的那所房子是完好的,你就知道第二个人的观察先于第一个观察。烧毁过程是不可逆的,至于把房子照原样重建起来的可能性则由于我们知道两次观察之间的间隔未出少数几天之上这一事实而排除掉了,不可逆性和时间次序的关系可以用把电影片倒过来放映时我们看见的一系列图象来说明。香烟愈烧愈长,或许多碎磁片从地上飞起飞到桌上而拼成完好的杯碟,等等古怪的情形就是我们是根据不可逆物理过程作出关于时间次序的判断的这一事实的证明。
  因果关系建立着物理事件的一种顺序秩序这一事实,是我们生活在其中的世界的基本特点之一。我们决不可相信这个顺序的存在是逻辑上必需的;我们满可以想象一个世界,在其中因果性并不导致一个首尾一贯的较先和较后的秩序。在那样一个世界里,过去和未来不是不可更改地互相分处的,而是可以在同一现在中碰头的,那样我们就可以碰到几年之前的我们自己,并和他们谈话。我们的世界不是这样一种世界,而是通过以因果关系为基础,被称为时间的顺序秩序容许有一个首尾一贯的秩序的,这只是一个经验事实。
  时间秩序所反映的是宇宙的因果秩序时间连续定义有一个相对物,叫做同时性定义。我们把两个之中没有一个比另一个较先或较后的事件称为同时的。当分处相隔遥远两地的事件相比较时,同时性问题会导致奇特的结果,这是一个经过爱因斯坦的分析而著名的问题。
  当我们要想知道远处一个事件的发生时间时,我们可以使用能把事件发生的信息转递给我们的信号。但是,由于信号走完它的路程是需要一段时间的,那么信号到达我们所处地点的时刻是并不与我们所要确定的事件发生时间相一致的。通过声音信号的使用,这个事实是为人熟知的。当我们听见雷声时,离它在远处云里发生的时间已过去几秒钟了。闪电所产生的光线走得快得多,所以,看到闪光的那一时刻就实用目的来说可以说是与闪电在云端发生的时刻是一致的。然而,为了要作更精密的计量,用闪电所作的时间确定与用雷声所作的时间确定是同型的,因此我们必须把光线经云端传到我们眼睛所需的一段时间考虑进去。
  如果我们知道光速和所经的距离,光线传递的时间很容易算出来。问题在于怎么计量光速为了要计量出速度,我们必须从一个地点送出一道光线使达到远处的一个地点,观察出发时间和到达时间,这样来确定光线的传递时间再把这段时间除以所经长度,我们就获得了速度。但是,要计量出发时间和到达时间,我们必需有两个时计,因为这两次计量是在两个不同的空间地点上进行的,这两个时计必需是互相对准的,或是说同化的,即是说,它们必须在同一时间有相同的读数的。那就意味着我们必须能够在相隔遥远的两点上确定同时性。我们作这样的考虑已把我们引导到一个循环反复之中了:我们要想计量同时性,接着发现我们为了要作这种计量必须知道光的速度,接着我们又看出,为了要计量光速,我们必须先确知同时性。
  如果我们能用一个时计就计量出光速,那就可以找到出路了。例如,我们如果不必在相隔遥远的地点计量光线信号到达的时刻,而用一个镜面把光线反射回来而回到出发地点来。那样,光线来回所耗的时间间隔可以单用一个时计就可以计量出来了。为了要确定光速,那就只须把来回的时间除以距离的两倍就行。这个办法,初初一看虽然好像大有希望,但仔细一考虑就发现它的不近用了。我们怎么知道光线回来的速度与发出去的速度是一样的呢?除非我们知道这一相等性,上述办法算出的数字就是无意义的。但是,为了要比较来去两个行程的速度,我们又必须分别计量每一行程的速度。这样的计量又需两个时计,我们就又回到原来的困难上来了。
  为了要确定同时性,也可以设法采用运送时计的办法。两个时计互相对准,当它们同处一个地点时并且是始终呈现相同读数的;然后就把一个时计运送到遥远的地点去。但是,我们怎么知道那个被运送出去的时计在运送中是否仍是同步的呢,为了要检验时计的同步性,我们就得使用光线信号,这样又达到了跟前面一样的问题。把那个时计送回原来的空间地点并不能帮助我们,因为我们这样而获得的结果只是对于两个时计互相接近的情况下而言的。这个问题就像前面讨论过的,比较分处两个不同地点的测量杆问题一样。
  此外,运送时计的问题甚至要比运送测量杆的问题更复杂一些;按照爱因斯坦的理论,打了来回之后的那个时计如果与留在原地未动的时计比较,应该慢一些。这个结果有重要的逻辑意义它适用于一切时计,包括原子在内,原子是在它们发射出来的光辐射的颜色中表示它们的转动的周期的;用迅速运动的原子进行实验已证实了爱因斯坦所预言的旋转渐缓。由于有生命的机体是由原子组成的,原子行为中任何变缓必定会表现为有机体必然要遭受的衰老过程的变级。由此得出,以巨大速度旅行的活人就会变缓衰老过程、例如,孪生兄弟中之一去作宇宙旅行,他回来后就要比另一个年青些(虽然他也仍旧要比他出发时老一些)。这个结论是根据爱因斯坦的得到很好地证实了的理论的无可置疑的逻辑而推导出来的。
  回到同时性问题上来,我们就达到这样一个结论:经过运送的时计是不能用来定义“同时发生”关系的。我们必须另找适宜的信号来完成这个定义。光线信号虽然快,但也有一个极限速度,那么,如果我们能使用比光更快的信号,那就对我们大有帮助了。当我们想测量音速时,我们可以使用光线信号来比较时间,因为光速比音速大那么多:这样而造成的误差,在数字上说是太小了,因此可以不予考虑。同样地,如果我们有一种比光线快一百万倍的信号,我们也可以不考虑较快的那种信号的传递时间而以足够的精确度测量光速了。这里是爱因斯坦物理学与经典物理学另一个不同之点。按照爱因斯坦的说法,比光更快的信号是没有的。这不只意味着我们不知道有更快的信号;在爱因斯坦那里,光是最快的信号这个陈述是一条自然定律,可以称为光速的极限性原理。爱因斯坦已得出关于这条原理的结论性证据,因此我们没有什么理由去怀疑它,一如我们不必去怀疑能量守恒原理一样。
  与前面对时间连续的分析结合起来,爱因斯坦的这个原理导出一些奇怪的关于同时性的结果,假设一个光信号在十二点钟发向火星,然后从那里反射回来;比方说它在二十分钟后回来吧。我们应该把信号到达火星的时刻算在什么时候呢?如果把这个时间算为12点10分,这就意味着光速的来回是相等的;但是,我们看到,我们没有理由假定这种相等。事实上,从12点到12点20分之间这个时间间隔中任何一个时间都可以说是光信号到达火星的时刻。例如,我们可以说信号在12点5分到达;那么它的去程耗费五分钟,回程为十五分钟。我们对于时间连续的定义所排斥的是说光线在11点55分到达火星站,因为在这样的时间指定上,光线要在它出发时间之前到达,效果要先于原因了。但是,只要我们把到达火星的时间选取12点到12点20分之间的一个数值,对于时间次序的定义总是可以得到满足的。这一时间间隔中发生于我们所处地点的任何事件是排除于与火星上光信号到达时间所发生的事件有任何因果交互关系之外的。因为同时性意味着排除可能的因果交互关系,所以,这一时间间隔中发生于我们所处地点的任何事件可说是与光信号到达火星是同时的。这即是爱因斯坦所说的同时性的相对性。
  我们可以看出,时间次序的因果定义可以导致一种对于发生于远隔两地的事件的时间比较的非决定性。所以如此,乃是由于光速的极限性质。绝对时间,即无歧义同时性,可以存在于一个没有信号速度上限的世界里。但在我们的世界里,由于因果传递速度是有极限的,因此也就没有绝对的同时性。时间的因果理论说明时间连续和同时性的意义的方式就是这样:这个说明可以适用于经典物理学世界和我们的世界,在这个世界里因果传递速度有一个上限,同时性不是无歧义地定义的。
  由于这些结果,时间问题的解答和空间问题的解答差不多。
  时间像空间一样,既不是一种理想的柏拉图式的存在那样需要由洞见来感知的东面,也不是康德所相信的那样,是人类观察者加在世界上的一种主观形式。人类思维是能够想象不同的时间次序体系的,在这些体系中经典物理学时间就是一种,爱因斯坦时间及其因果传递速度极限是另一种在这许多的可能体系中,选择对我们世界有效的时间次序是一个经验问题。时间次序表述着我们生活于其中的宇宙的一种普遍属性;时间是实在的,就像说空间是实在的意义一样,我们关于时间的知识并不是先天的,而是观察的结果。实际的时间结构的决定乃是物理学的一章。——这就是时间哲学的结论。
  同时性的相对性看来虽然是那么惊人,但这是合乎逻辑的,而且可以得到视觉化的。在一个因果传递的限制显得更为明显的世界里,爱因斯坦的见解的奇特性就会消失。如果有一天,与火星联系的无线电话建立起来以后,我们用电话去问一个问题得等候20分钟才能接到回答,我们就会习惯这种同时性的相对性了,我们就会把它看作为是十分自然的,一如我们今天把地球表面划分许多时区的不同标准时间之被视为十分合乎条理的一样。如果有一天,行星间的旅行实现了,从长途旅行中回来的人的衰老过程已经变慢,年龄要比本来与他同岁的人小了,也将显得是司空见惯的了。科学家由抽象推理所获得的,最初接触时需要人放弃传统信仰的那些结论,对于以后的世代常常会成为熟悉的习惯的。
  科学分析导致对时间作出与日常生活中的时间经验大为不同的解释。我们感到是一种时间流程的东西,被揭示出原来就是构成这个世界的因果过程,这种因果流的结构已被发现,它的性质要比在直接观察中看到的时间所显示的复杂得多有一天,征服了行星间距离之后,日常生活中的时间将变得像今天理论科学中的时间一样复杂。不错,为了进行逻辑分析,科学须与感性内容分离开。但是,科学正在创造新的可能,这些可能有一天也会使我们经验到以前从未经验到的感情。
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