辯證的時空觀

楊升山 楊鳳霞（江蘇南京211100）

毛主席語錄：

你對于那個問題不能解決嗎？ 那末，你就去調(diào)查那個問題的現(xiàn)狀和它的歷史吧！ 你完完全全調(diào)查明白了，你對那個問題就有解決的辦法了。 一切結(jié)論產(chǎn)生于調(diào)查情況的末尾。 而不是它的先頭。

偉大導(dǎo)師列寧說：“怎樣去尋找真理呢？怎樣去弄清互相矛盾的意見和論斷呢？ ”

“每有頭腦的人都知道，如果某個問題引起了激烈的斗爭，那么為了確定真理，就不要只看爭論雙方的聲明，而要審查事實(shí)和元件，自行考察，看看有無證人的證詞以及這些證詞是否確實(shí)”。 ——引自《列寧選集》中文版第457-458 頁

從相對論創(chuàng)立時起，就有了不同的時空概念。什么是時間？什么是空間？時間與空間能不能互換，成了討論的常題。這就必須考察時間與空間概念的來源了。 對于時間與空間的認(rèn)識，主流界是認(rèn)為是物質(zhì)存在與運(yùn)動的框架的， 既然時間與空間都是物質(zhì)存在與運(yùn)動的框架，愛因斯坦把他們合成一體也是順理成章的事情。但是這樣很難解釋空間的重疊與鑲套，比如，一個大貨車上裝了一個集裝箱，在集裝箱內(nèi)又裝有套著的許多箱子，把這些箱子分別放置，幾乎可以放滿一個大院，可是卻可以裝在容量并不大的貨車上。 可使用空間壓縮來解釋嗎？

我把我對時間與空間的看法叫做辯證的時空觀，本文把時間與空間分別進(jìn)行討論。

1 首先說說什么是空間

對于時間與空間的論述，科學(xué)家們已作過詳盡的論述。 愛因斯坦是從對時空觀的批判上創(chuàng)立他的“狹義相對論”的。 由于運(yùn)用“狹義相對論”遇到了一些難題，不得不對時空觀重新考查，要考查不妨走遠(yuǎn)一些。 時間與空間常常放在一起進(jìn)行討論，就綜合為時空觀。

自從人類從動物界分離出來以后， 人們在與自然界的斗爭中，從消極地適應(yīng)環(huán)境向能動地改造環(huán)境過渡著。 隨著不斷地變革現(xiàn)實(shí)，人類逐步積累了對事物越來越多的認(rèn)識，經(jīng)過分析比較，逐步建立了科學(xué)的理論，并用文字記載下來并傳于后人。 但由于科學(xué)的不發(fā)達(dá)和社會交往的稀少，各地的理論表述方式都不盡相同。 社會的發(fā)展促使交換的產(chǎn)生，人們在交往中逐漸統(tǒng)一了認(rèn)識。翻譯工作之所以能夠進(jìn)行，就是使代表同一性質(zhì)的詞語具有同樣價值。 的確，“時間”與“空間”這些名詞是人類強(qiáng)加于自然界的，自然界可以有它們另外的說法。 它們的說法絲毫不影響我們的概念。 如果人們能與自然界進(jìn)行交流的話，那只要增加一種翻譯就行了。 人類把“時間”、“空間”這些名詞強(qiáng)加于自然界，是人類交流思想的需要，是用語言代替物質(zhì)的產(chǎn)物。語言一經(jīng)確立，就給予它確切的含義，使用這些名詞而改變這些名詞的含義是不對的。

人們在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，一切物體都有一定的形狀(開始人們只限于對剛性物體的認(rèn)識)，一切物體都在不斷的變化。(開始只發(fā)現(xiàn)一些物體在發(fā)生變化，如白天與黑夜的交替，動植物的生老病死，巖石的風(fēng)化等，包括位置和形狀的變化)。 這些變化有時表現(xiàn)的急驟些，有時表現(xiàn)的緩慢些。 在對事物的認(rèn)識過程中，開始是把兩物直接地放在一起進(jìn)行比較的，這種比較方法已不能適應(yīng)日益增多的需要，迫切需要一個比較的基準(zhǔn)，這樣長度單位就首先誕生了，原始的單位當(dāng)然與現(xiàn)在的單位很不同。 實(shí)際上在現(xiàn)在，各國的單位也不完全相同。 比如有英制，公制，市制等不同量制。 但達(dá)到目前這一步也是經(jīng)歷了不斷統(tǒng)一的過程，有時還采用法律強(qiáng)制手段。 如秦朝建國后第一件事就是統(tǒng)一度量衡。 現(xiàn)今世界上逐步使用公制度量衡制度，將來有可能使用宇宙度量衡制度(如果別的星球有高等生物的話)，如果有人把“速度”翻譯成“時間”，而把“時間”翻譯成“速度”或別的什么，只要表示物體同樣的特性，那也沒有什么不可。就像中國和日本都使用有漢字，兩國漢字的表意并不完全相同一樣，但是不能亂用。

在古代，是沒有認(rèn)識到地球是球形的，放眼看地面像一個平面。長度單位是在地面上比較物體的過程中誕生的。當(dāng)發(fā)現(xiàn)地面不是平面而是曲面以后，長度單位并沒有改變，而把兩地間直線距離用弦長來表示，而把地面的測量結(jié)果看成弧長，原因就是長度單位是一個理想化了的一個比較基準(zhǔn)。 像眾所周知的那樣，巴黎國際度量衡標(biāo)準(zhǔn)局保管的米達(dá)原尺，在氣溫稍有變化時也會發(fā)生變化，但仍被人們采用作標(biāo)準(zhǔn)尺，而用一系列系數(shù)來反映這些變化。 這是人們進(jìn)行測量時要用實(shí)物作度量工具的，而實(shí)物與理想標(biāo)準(zhǔn)之間總是存在差距。 有些人只看到用實(shí)物作測量基準(zhǔn)，沒想到實(shí)物只是理想基準(zhǔn)的代用品。

宇宙中萬物是不是處于同一個空間中， 或是各物均有自己的空間，這是與狹義相對論爭論的焦點(diǎn)。宇宙是無窮的，可能還有另外的空間，那待將來去認(rèn)識。 但能讓我們認(rèn)識的物體都處于同一個（重疊）空間中。 因?yàn)橹挥型幱谝粋€空間中物體之間才能相互作用，也才能作用于我們的感官，被我們認(rèn)識?！蔼M義相對論”關(guān)于長度收縮的說法，就是把物體自己的空間收縮，而不影響觀察者的空間。 從運(yùn)動的相對性考慮，如果以被測物體為參照系，那我們也在運(yùn)動，我們也會收縮，可我們卻無法覺查到這一點(diǎn)。 為此，有些人引進(jìn)運(yùn)動學(xué)形狀以與幾何學(xué)形狀，說改變的只是運(yùn)動學(xué)形狀。這樣就把唯心主義帶進(jìn)人們的感覺。因?yàn)檫\(yùn)動學(xué)形狀是不可測度的，只是人們的感覺。

自然界的物質(zhì)有很多屬性， 其中兩個屬性分別表示他的形態(tài)，與不斷變化的特征。[空間]也只是物體形體的線度與他們的延伸的測量。幾何是人們形象的描述物體形態(tài)的方法， 至于使用什么幾何體系，完全是個人自愿。在發(fā)現(xiàn)地面不是平面，而是地球表面的一部分后，有的人繼續(xù)把它當(dāng)成平面， 有的人使用另外的表示方法表示地面為弧面。這樣就有了不同的幾何體系。我認(rèn)為。在同一個坐標(biāo)體系中，坐標(biāo)軸都應(yīng)該是平直的。 現(xiàn)在有些幾何體系使用彎曲的坐標(biāo)軸，而且三個坐標(biāo)軸的彎曲程度并不相同。 這樣的幾何體系是不能廣泛使用的，只能應(yīng)用于特定環(huán)境中。

2 接著來討論時間

要點(diǎn)：時間一詞來源已久，在經(jīng)典物理學(xué)中，時間與空間是被認(rèn)為是物質(zhì)存在與運(yùn)動的框架的，【沒有時間與空間的運(yùn)動是不可想象的】就是經(jīng)典敘述。 既然時間與空間都是框架，那把他們合并成一個也就應(yīng)該是可行的，愛因斯坦就這樣做了。從愛因斯坦創(chuàng)立相對論后，對時間一詞有了不同的看法，那就只有從人類的認(rèn)識過程中尋找時間的本來意義了。

時間表示的是物質(zhì)運(yùn)動或轉(zhuǎn)化的過程，計量這個過程使用了周期信號，時鐘是人們制造的周期信號，所以被人們廣泛的利用來計量時間。在現(xiàn)今的國際單位制中，使用光速來計量時間，也是認(rèn)為光具有波動性，光波也是一種周期信號。當(dāng)測量者手中拿著原子鐘進(jìn)行測量時，發(fā)射的光的速度的確是一個常數(shù)c。

盡管不同的時鐘有不同的振動周期，只要把取樣周期設(shè)定為與地球日的周期一致，就可以表示相同的時間。 人們常把時鐘的讀數(shù)看成時間。也沒有原則的錯誤。那就要知道，時鐘為什么會有讀數(shù)。時鐘不過是人們制造的周期信號發(fā)生器與周期取樣器的組合。 時鐘的讀數(shù)，就是測量出的周期數(shù)與取樣周期數(shù)的比值。 本來是沒有量綱的。 當(dāng)把它作為物體運(yùn)動比較的基準(zhǔn)時，給與了他一個量綱。 使用不同的周期信號就有不同的量綱。 【秒】是使用時鐘進(jìn)行量度過程時的量綱。 這樣在物理與數(shù)學(xué)計算中，就可以把它作為自變量來使用了。 把光速作為時間的計量基準(zhǔn)， 是倒著使用自變量與因變量的關(guān)系的一種做法，但不能推廣應(yīng)用。 如果把時間看成隨速度變化的量，那么微積分的公式中就不會這樣簡單了，就要把時間當(dāng)成復(fù)合函數(shù)才行，要使用復(fù)合函數(shù)的運(yùn)算公式了。

關(guān)鍵詞匯：時間；周期運(yùn)動；時鐘

現(xiàn)在來看“時間”一詞，“時間”也是在比較的實(shí)踐中逐步產(chǎn)生的?，F(xiàn)在世界上時間單位多種多樣，沒有像長度單位那樣保留有逐漸統(tǒng)一的痕跡，但在民間，仍然能找到這樣的痕跡。

現(xiàn)在，還能聽到這樣的語言，“×××走了一袋煙工夫了。 ”“他離開有一頓飯工夫。 ”這里所說的“一頓飯” 、“一袋煙”表示“吃完一頓飯”、“吸完一袋煙”所用的時間。 他們表示的時間雖不確切，但也能使人明白。在中國的古書中記載有以“一炷香”、“三更、五更”等表示時間的術(shù)語。就是現(xiàn)在，仍然有年、月、日、時、分、秒、等不同的表示時間的單位?？疾檫@些單位的共性，它們都是可重復(fù)的。只不過有些是自然的，有些是人為的。

由于事物內(nèi)部矛盾運(yùn)動發(fā)展是無限的，人們?yōu)榱藚^(qū)分事物的矛盾運(yùn)動，利用可重復(fù)出現(xiàn)的信號作為事物發(fā)展變化的比較基準(zhǔn)。 周期信號就是不斷重復(fù)的信號。用自然周期信號比用可復(fù)現(xiàn)的人為信號作基準(zhǔn)有許多方便之處，又因自然周期信號的周期是有限長的周期，倍增與等分也較容易，記數(shù)也很方便，且有天然的周期信號可供使用。自然就被人們采用了。 當(dāng)然最明顯的周期信號是地球的轉(zhuǎn)動（當(dāng)時認(rèn)為是太陽在行走）。 就有人提議把地球轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)定為事物發(fā)展變化過程的比較基準(zhǔn)，取名為“一日”（即見到太陽一次）。 也有人用類似的方法定月相的周而復(fù)始為“一月”，定寒暑的周而復(fù)始為“一年”。 因“年”，“月”，“日”，都是時間的單位，繼而出現(xiàn)了年、月、日之間的換算關(guān)系。雖然現(xiàn)在公歷的月不表示月相的變化了，只是保留轉(zhuǎn)化的痕跡。

就拿現(xiàn)在使用的時鐘來說，就有許多種類，比如掛鐘，手表，原子鐘。在機(jī)械表盛行的年代，手表還要分快擺與慢擺，這些都使用周期運(yùn)動來計量時間的，不同之處是取樣的周期數(shù)目不同。

有了長度單位和時間單位以后，比較事物的變化過程就容易得多了。 把這兩個單位聯(lián)系起來，導(dǎo)出了比較事物變化快慢的物理量—速度。

設(shè)立了比較單位后并沒有完全解決問題， 還需要解決度量方法，度量方法的改進(jìn)和技能的提高，給區(qū)分事物帶來了方便，但不能也沒有改變原有基準(zhǔn)單位的基本含義。比如，現(xiàn)在采用“原子鐘”來記時，也沒改變時間單位作為比較事物變化過程的基本含義。

“時間”和“空間”的單位名稱又是隨著認(rèn)識的步步深入而逐漸變更的。 如果仍然把見到太陽一次叫“一日”，天體上的“一日”與地球上的“一日”就不相等。 如月亮上的“一日”就約等于地球上“一日”的27倍，而用“原子鐘”計時就顯不出差別。現(xiàn)在采用“原子鐘”計時以后，在未有證據(jù)證明天體上“原子鐘”計時與地球上“原子鐘”計時有不同的情況下，我們只能認(rèn)為天地間在時間上是無差別的。否則，人們會找到不受所處地位影響的新的計時方法。

在全球?qū)Ш较到y(tǒng)GPS 的建設(shè)進(jìn)程中， 發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星上的原子鐘與地面上的原子鐘的時間讀數(shù)略有差異，有人就說這是愛因斯坦的相對論效應(yīng)引起的。 人們做出了很多嘗試，就是改變原子鐘的振動頻率來保持天地的時間進(jìn)程相同。 其實(shí)改變原子鐘的取樣周期數(shù)更簡單易行。GPS 的成功運(yùn)行說明天地間可以有相同的時間計量數(shù)值。

從使用原子鐘到現(xiàn)在，不止一次的設(shè)置【閏秒】就是證據(jù)。

另外，認(rèn)識事物的主人是人，盡管各種生物各有不同的生物鐘，我們還是可以不看各生物鐘所指的時刻，而用我們手中的尺和鐘來確定被測物體的變化速度。 光速的測定也是如此進(jìn)行的。 我們不需要知道“光子”的所謂固有壽命，我們就可以測定“光子”的速度了。同樣，測定π 介子、μ 介子等所謂基本粒子的速度也應(yīng)該是這樣。 就是所謂基本粒子的【固有壽命】，也是與和它相對靜止的原子鐘的原子振動周期進(jìn)行比較才得到的。

對于周期信號的選擇，并不是一成不變的，不同的情況下就會有不同的基準(zhǔn)。

空間表示的是物體形體及其延伸， 測量空間用的基準(zhǔn)是直尺；時間表示的是物質(zhì)變化過程， 測量時間是用周期運(yùn)動作為比較信號的，數(shù)值是物質(zhì)的變化過程和周期信號比較后的周期記數(shù)與設(shè)定的取樣周期數(shù)的比值。 時鐘只是人類制造的周期信號發(fā)生器，時鐘的讀數(shù)就是測量出的周期數(shù)與取樣周期數(shù)的比值，并不是只有時鐘指示的才是時間。

每個物質(zhì)都有各自的時間和空間，人們?yōu)榱四軌虮容^，為了交流，為了區(qū)分物質(zhì)，我們還是要有統(tǒng)一的時間和空間基準(zhǔn)。 理論是人創(chuàng)造的，有了文字，人們才能夠廣泛交流，我們用語言來表示物質(zhì)，但不是語言就是物質(zhì)，不要弄混了。時間基準(zhǔn)與長度基準(zhǔn)是人為設(shè)定的，只有有了測量基準(zhǔn)，才會有數(shù)據(jù)產(chǎn)生，也才能從很多數(shù)據(jù)中整理出規(guī)律來。但是這些基準(zhǔn)又是隨著交流范圍的擴(kuò)展而不斷變更的，這個可以從各國都有的市值單位看出來。 自從進(jìn)行國際交往后，就要使用國際單位制了。 有沒有宇宙單位制？ 在進(jìn)行宇宙交流時也會產(chǎn)生。 在現(xiàn)今的國際單位制中，使用光速來計量時間，也是看中了光具有波動性，波動就也是一種周期信號。 當(dāng)測量者手中拿著原子鐘進(jìn)行測量時，發(fā)射的光的速度的確是一個常數(shù)c。

結(jié)論：認(rèn)識自然界的事物的主要方法是比較，認(rèn)識物質(zhì)的運(yùn)動情況同樣需要比較。運(yùn)動是有過程的，這個過程被人們稱為時間。量度這個過程是用一個已知的運(yùn)動作為比較基準(zhǔn)的，由于周期運(yùn)動的周期計數(shù)方便，等分與倍增也容易，且有天然的周期信號可以使用，所以就把周期信號作為運(yùn)動過程的比較工具了。

人們把這個比較基準(zhǔn)使用于【一切運(yùn)動】時，就需要這個基準(zhǔn)具有延續(xù)性，順序性和連續(xù)性。 而且是單調(diào)的是不可逆轉(zhuǎn)的。

物質(zhì)的運(yùn)動過程可以中斷，也可以終止，只是用于比較的運(yùn)動過程不能中斷，不能終止，如果比較信號終止了或中斷了，就可能有沒有比較的部分運(yùn)動過程，比較的結(jié)果就不真實(shí)了。

時間表示的是物體運(yùn)動的過程，人們計量這個過程使用了周期信號作為計量工具，原來是用地球表面上出現(xiàn)一個豎桿的陰影最短時為一個計量單位的，后來發(fā)現(xiàn)這個單位有些長，也發(fā)現(xiàn)有其它的周期信號也可以做過程的量度工具，這些量度工具間就有了個換算關(guān)系。 所以時間不具有唯一性。 如果只為了自己使用不與別人進(jìn)行交流，你完全可以設(shè)定自己使用的時間基準(zhǔn)。

當(dāng)人們把一個周期運(yùn)動作為所有運(yùn)動的比較基準(zhǔn)時，就具有社會性了。但是，人們并不全部使用統(tǒng)一的時間基準(zhǔn)，特別是需要進(jìn)行保密的情況下，他們就可以制定他們使用的比較基準(zhǔn)。 所以時間只有在交流范圍內(nèi)具有社會性。

對于時間是不是具有絕對性， 那要看與什么信號作為判斷基準(zhǔn)了。 事實(shí)證明原子鐘在高空時與地面上并不同步，所以原子鐘的時間讀數(shù)并不具有絕對性。

在現(xiàn)在的世界上，計量時間的方法是幾種方法同時使用的。 一日一日的計量方法是使用太陽照著地面上的一個豎桿在地面上的陰影長度最短時的次數(shù)，一月一月的計量方法（中國的農(nóng)歷）是計量月亮圓缺的次數(shù)， 時鐘的讀數(shù)是時鐘的周期是與他使用的取樣周期數(shù)的比值。只不過表示相同的物質(zhì)屬性，他們是可以進(jìn)行翻譯的。取樣周期數(shù)就是翻譯的密碼。

如果只有一種時間的計量方法，也就不會有【閏秒】、【閏月】、【閏年】的出現(xiàn)。 而閏秒、閏月、閏年的出現(xiàn)，是把取樣周期數(shù)取整數(shù)的結(jié)果，而把余數(shù)累計后就出現(xiàn)【閏】的現(xiàn)象了。

不同地點(diǎn)的時鐘是不是讀數(shù)相同，當(dāng)然要對鐘，問題是采取什么方法校對時鐘。 如果不在同一位置的兩個時鐘讀數(shù)不同，可能有兩種情況：第一種，是他們的振動周期相同，讀數(shù)不同，那只要撥一下指針就行了；第二種，是它們的振動周期不同（這里不使用頻率不同，因?yàn)轭l率中包含有時間因素）， 那就不能單靠撥動指針來使他們的讀數(shù)一致了，就需要調(diào)整他們的振動周期，也可以調(diào)整他們的取樣周期數(shù)，后者要簡單一些。

要明白，時鐘盡管有成千上萬種，都是用他們的周期計數(shù)與他們使用的取樣周期數(shù)來比較后得到時間讀數(shù)的。取樣周期數(shù)就是一個翻譯密碼。

人們對時間的定義不清楚，討論起問題來各說各有理。 很多情況下都是把時鐘指示的數(shù)值看成唯一的時間。 其實(shí)時間的數(shù)值都是對過程進(jìn)行量化的結(jié)果。

我們?nèi)粘芽吹饺粘鲆淮斡洖橐蝗眨?我國的航天員楊利偉在空中就看到了14 次日出，如果把看到日出一次仍記為一日，就可以說他在空中生活了14 日， 而地面上的人都說他上天只有一日，這不是天上與地面有了不同的時間么？ 所以量化過程使用的比較基準(zhǔn)非常重要，使用別的基準(zhǔn)就可以避免這個現(xiàn)象。 愛因斯坦所謂的時間的相對性，就是使用了不適當(dāng)?shù)谋容^基準(zhǔn)（把光的速度作為計量時間的基準(zhǔn)）。

3 全文總結(jié)

自然界只有物質(zhì)，這些物質(zhì)在不斷發(fā)生變化（包括相互位置的變化）。人們把物質(zhì)的形態(tài)及其延伸用空間的三維來描述，人們把變化的過程用時間來描述。 時間與空間都人們描述物質(zhì)的需要設(shè)定的。 不是限制物質(zhì)運(yùn)動的框架。 這就是我的時空觀。

辯證的時空觀與牛頓時空觀、愛因斯坦的時空觀不同，牛頓與愛因斯坦的時空觀都認(rèn)為空間是物質(zhì)運(yùn)動的框架，只是愛因斯坦認(rèn)為是空間會隨著物體運(yùn)動速度的不同會發(fā)生不同的彎曲，牛頓時空觀認(rèn)為空間是平直的。 辯證的時空觀認(rèn)為，時間與空間不再認(rèn)為是物質(zhì)存在與運(yùn)動的框架，是為了對物質(zhì)運(yùn)動量化的需要設(shè)定的比較基準(zhǔn)。

在物體的形態(tài)不隨著時間變化的情況下，就可以簡化為物體與時間兩個坐標(biāo)。

幾何是人們?yōu)榱肆炕镔|(zhì)運(yùn)動設(shè)立的坐標(biāo)體系，至于使用歐幾里得幾何或是使用非歐幾何，全看交流的范圍與個人的意愿，你也可以創(chuàng)立你的幾何體系，要想進(jìn)行與別人交流，就需要使用大家認(rèn)可的幾何體系。

物體的空間可以疊加，交叉，鑲套，包容，時空的框架學(xué)說就解釋不了空間為什么能夠疊加、交叉與鑲套。 人們最初也是把物體形態(tài)的量度進(jìn)行推廣后說成空間是框架的形式的。