從牛頓機(jī)械時(shí)間觀的特性探求時(shí)間本質(zhì)問題

石 藝

人類文明發(fā)展至今，無論是哲學(xué)還是科學(xué)都從未停止對時(shí)間問題的探索。時(shí)間的本質(zhì)到底是什么？時(shí)間的測量何以可能？時(shí)間具有可逆性嗎？事實(shí)上，我們目前所使用的測度時(shí)間來源于牛頓的機(jī)械時(shí)間觀。本文將從牛頓機(jī)械時(shí)間觀的內(nèi)容來分析其特性，以期闡明其對時(shí)間本質(zhì)的解析。

一、牛頓機(jī)械時(shí)間觀的內(nèi)涵

(一)絕對時(shí)間觀與機(jī)械時(shí)間觀

牛頓的機(jī)械時(shí)間觀與其機(jī)械的世界觀相匹配，而牛頓機(jī)械的世界觀是改造了機(jī)械論的自然觀而形成的。機(jī)械的自然觀“把自然當(dāng)成機(jī)械一樣運(yùn)動(dòng)，具有一定的目的性，朝著某個(gè)神秘的目的前進(jìn)。這個(gè)目的就如同上帝創(chuàng)造宇宙，看成一臺(tái)巨大的機(jī)器，一經(jīng)啟動(dòng)，就可以因其構(gòu)造而完成所要完成的工作。”[1]這是一種形而上學(xué)的目的論自然觀。

隨著在力學(xué)上的發(fā)現(xiàn)，牛頓將這個(gè)神秘不可測的目的置換為“力”。他認(rèn)為，這個(gè)世界應(yīng)該是“由運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象去研究自然力，再由這些力去推演其他現(xiàn)象”[2]。由此，牛頓放棄了形而上學(xué)的目的論說法，把物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)和力當(dāng)成是這個(gè)世界本原的存在。機(jī)械一詞最開始是作為機(jī)器自然觀的表達(dá)，到了牛頓這里就被深化為“以力的觀念取消自然的目的論后，自然就完全成為一個(gè)獨(dú)立于人的、無目的的物的集合——‘自然界’”[3]，成為一種獨(dú)立于人的心靈、可被預(yù)測、決定論的機(jī)械的觀念。

在這樣的機(jī)械的世界觀下研究牛頓的時(shí)間觀，時(shí)間就像空間那樣成為一個(gè)包裹住這個(gè)世界的容器，物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)都沿著既有的軌道前行，生命的意義和自由意志也消弭于這樣的時(shí)間之中，時(shí)間表現(xiàn)出絕對內(nèi)在、理性化的特性，成為一種完全外在于生命和運(yùn)動(dòng)的絕對存在。同時(shí)，運(yùn)動(dòng)本身被完全地幾何化和數(shù)學(xué)化，帶有明顯的必然性的特征，因而我們把這樣絕對的時(shí)間觀稱之為機(jī)械時(shí)間觀。

(二)絕對時(shí)間與相對時(shí)間

牛頓的絕對時(shí)間作為物理學(xué)一個(gè)基本的參量，絕對性是牛頓對時(shí)間定義的基本特性。牛頓在《自然哲學(xué)之?dāng)?shù)學(xué)原理》一書的開篇就給出了自己的絕對時(shí)間觀，并明確指出存在絕對時(shí)間和相對時(shí)間：

“絕對的、真實(shí)的和數(shù)學(xué)的時(shí)間，自然而然地根據(jù)它自己的本性在穩(wěn)定的流逝，與任何外部事物毫無關(guān)系。時(shí)間用另外的名稱被叫做期間(duration，也翻譯為綿延)；相對的、表觀的和普遍的時(shí)間，是通過運(yùn)動(dòng)對期間進(jìn)行的某種可察覺的和外顯的(不管是準(zhǔn)確的還是非準(zhǔn)確的)度量，它通常被用來取代真實(shí)的時(shí)間，比如1小時(shí)、1天、1個(gè)月、1年。”[4]

對于絕對時(shí)間和相對時(shí)間的區(qū)分是牛頓時(shí)間觀的基礎(chǔ)，在他的時(shí)間體系之下存在一個(gè)獨(dú)立的不依賴于運(yùn)動(dòng)和物質(zhì)的絕對時(shí)間，這是真實(shí)的時(shí)間本身。基于這個(gè)前提，科學(xué)家們運(yùn)用技術(shù)根據(jù)物理學(xué)上的周期運(yùn)動(dòng)制作出鐘表，將時(shí)間進(jìn)行均勻的劃分，形成了日常所使用的測度時(shí)間，這時(shí)候時(shí)間被給予一種幾何化和空間化的解釋，這種測度時(shí)間可以從物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)之中被人們所察覺到，這是一種相對的表面的時(shí)間。前者的絕對時(shí)間是人們真正的時(shí)間，后者測度時(shí)間則是人們對時(shí)間的使用和感知。

對時(shí)間的絕對性和相對性的討論取決于對時(shí)間與運(yùn)動(dòng)關(guān)系的判定。當(dāng)假定時(shí)間是運(yùn)動(dòng)的一個(gè)屬性，只有通過運(yùn)動(dòng)才能感知和測量時(shí)間，即在運(yùn)動(dòng)之外并不存在時(shí)間，這樣的時(shí)間就是相對的，相對于運(yùn)動(dòng)和物質(zhì)而存在的。反之，把時(shí)間看成像空間一樣先天的存在(這里的存在并不表明是現(xiàn)實(shí)實(shí)有，也可以作為人們心中認(rèn)可的一種抽象的心理時(shí)間存在)，那么這樣的時(shí)間則是獨(dú)立于運(yùn)動(dòng)之外的，并且將運(yùn)動(dòng)包裹在時(shí)間之中，即使沒有運(yùn)動(dòng)和物質(zhì)，時(shí)間也如同空間那樣先天的存在于宇宙之間，這樣的時(shí)間便是絕對的。

牛頓的時(shí)間觀是一種絕對的時(shí)間觀，牛頓體系下的時(shí)間是絕對的、內(nèi)在的，具有均勻性和同質(zhì)性的；絕對時(shí)間與絕對空間將物質(zhì)世界的運(yùn)動(dòng)納入其中，卻不依賴于物質(zhì)和運(yùn)動(dòng)獨(dú)立存在，是永恒而絕對的。

二、牛頓機(jī)械時(shí)間觀的特性

牛頓的機(jī)械時(shí)間觀，即以牛頓絕對時(shí)間觀為核心，是表現(xiàn)出機(jī)械特性的經(jīng)典科學(xué)體系下的時(shí)間觀。本文接下來將從時(shí)間如何存在、時(shí)間的測量何以實(shí)現(xiàn)以及時(shí)間是否具有方向性三個(gè)方面具體解析機(jī)械時(shí)間觀的特性。

(一)與空間、物質(zhì)相分離的時(shí)間絕對性

時(shí)間的絕對性作為機(jī)械時(shí)間的基本特性，表現(xiàn)為時(shí)間是獨(dú)立存在而不依賴于物質(zhì)和運(yùn)動(dòng)?？档乱操澇蓵r(shí)空的絕對性：“如果從物體的經(jīng)驗(yàn)的直觀和物體的變化(運(yùn)動(dòng))中去掉一切經(jīng)驗(yàn)的東西，即去掉屬于感覺的東西，剩下來的還有空間和時(shí)間，因此空間和時(shí)間是純直觀，他們是先天地給經(jīng)驗(yàn)的東西做基礎(chǔ)的，所以它們是永遠(yuǎn)去不掉的?！盵5]盡管康德把時(shí)間描述成是一種純直觀，是容納人們感覺經(jīng)驗(yàn)材料的先天直觀形式，但從他的論述中我們也可以看到這種純直觀也是絕對的。所有的事物和感覺經(jīng)驗(yàn)都是基于時(shí)間而存在的，沒有時(shí)間就沒有經(jīng)驗(yàn)，沒有經(jīng)驗(yàn)材料我們的認(rèn)識(shí)也無從談起；即使去掉屬于感覺和經(jīng)驗(yàn)的東西，時(shí)間和空間也亦然存在，時(shí)空是獨(dú)立于物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的，但物質(zhì)運(yùn)動(dòng)卻依賴于時(shí)空被人們所直覺。

叔本華繼承了牛頓對時(shí)間絕對性的觀念，并表明測度時(shí)間就是通過在時(shí)間中運(yùn)動(dòng)的物質(zhì)而得到的，盡管時(shí)間的存在并不依賴于物質(zhì)運(yùn)動(dòng)。叔本華指出：“所有的事物都能被思想從時(shí)間中清除，但時(shí)間卻不可能被思想清除……時(shí)間不能通過自身而被測量，只能通過時(shí)空中的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)間接地進(jìn)行測量：比如，通過太陽和鐘表的運(yùn)動(dòng)測量時(shí)間。”[6]總的來說，時(shí)間的存在具有絕對性，它不依賴于物質(zhì)和運(yùn)動(dòng)，但時(shí)間的存在和測量需要通過物質(zhì)和運(yùn)動(dòng)才能夠被感知。空間就像是一個(gè)巨大的容器，時(shí)間則是一條長河，物質(zhì)和運(yùn)動(dòng)被絕對的時(shí)空所容納得以存在，沒有時(shí)空也就沒有物質(zhì)和運(yùn)動(dòng)。時(shí)間本身具有先在性和絕對性，這就是牛頓經(jīng)典的絕對時(shí)間。

現(xiàn)代的時(shí)間觀沿用了牛頓絕對時(shí)間的觀點(diǎn)，關(guān)于時(shí)間本質(zhì)問題的討論，很多都是建立在絕對時(shí)間存在的觀點(diǎn)之上的。絕對時(shí)間存在，并且凌駕于物質(zhì)和運(yùn)動(dòng)之上，成為一切物質(zhì)和運(yùn)動(dòng)可能的前提。當(dāng)代有物理學(xué)家在討論時(shí)間本質(zhì)的時(shí)候聲稱：“人們對時(shí)間流逝的感覺是我們的錯(cuò)覺，時(shí)間只是單純地存在著，并不存在時(shí)間的流動(dòng)。”[7]可見，牛頓的絕對時(shí)間觀念影響深遠(yuǎn)，科學(xué)家在對時(shí)間進(jìn)行測量和應(yīng)用的時(shí)候都假定了絕對時(shí)間的存在，這個(gè)時(shí)間同空間一樣先天地包容著物質(zhì)和運(yùn)動(dòng)。這些觀點(diǎn)體現(xiàn)了人們對于機(jī)械時(shí)間觀中時(shí)間的絕對性的認(rèn)可，時(shí)間就像空間那樣被人們推到一個(gè)先驗(yàn)的絕對的位置之上，它們的區(qū)別僅僅在于我們能通過對空間進(jìn)行測量和感知空間的絕對存在，但對于時(shí)間的存在更多的只能通過測度時(shí)間而得到。

機(jī)械時(shí)間觀的根本出發(fā)點(diǎn)就是承認(rèn)與空間、物質(zhì)相分離的時(shí)間的絕對性。時(shí)間的絕對性將時(shí)間變成一個(gè)像空間一樣的容器，盡管物質(zhì)和運(yùn)動(dòng)發(fā)生在其中，卻并不真的作用于彼此，而是表現(xiàn)出一種本質(zhì)的機(jī)械特性。

(二)時(shí)間的空間化：同質(zhì)性和可分割性

機(jī)械時(shí)間觀肯定了時(shí)間與空間、物質(zhì)相分離的絕對性，盡管絕對時(shí)間是完全內(nèi)在的，但通過物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)變化人們能夠感知到時(shí)間的存在和流逝。也正因?yàn)槿绱?，科學(xué)家通過運(yùn)動(dòng)變化的速率，將時(shí)間進(jìn)行數(shù)量化、幾何化的分割(之所以能進(jìn)行這種分割，是因?yàn)闄C(jī)械時(shí)間觀假定時(shí)間是具有均勻性的，也就是這一刻和下一刻是同質(zhì)性且均勻的)，并應(yīng)用了相應(yīng)的技術(shù)制作出鐘表，從而得到人們現(xiàn)在所使用的測度時(shí)間，將時(shí)間均勻地分割成一秒鐘、一分鐘、一小時(shí)等。

測度時(shí)間使生活變得方便，讓人們隨時(shí)能知道現(xiàn)在是何年何月甚至精確到幾分幾秒，但我們時(shí)常還會(huì)覺得困惑。機(jī)械時(shí)間認(rèn)為時(shí)間是均勻且同質(zhì)性的，那么這一秒和上一秒就沒有任何的差別，我的這一秒和別人的這一秒也是相同的。但人們能明確地感到玩四十分鐘喜歡的游戲，過得遠(yuǎn)比研讀四十分鐘晦澀難懂的哲學(xué)專著快得多，甚至在同一個(gè)時(shí)間段中，物質(zhì)的變化也不是完全一致的。對于時(shí)間感受的差異讓人們不得不對時(shí)間是均勻流動(dòng)且同質(zhì)的這個(gè)觀點(diǎn)產(chǎn)生疑問。會(huì)產(chǎn)生這樣的疑問的本質(zhì)在于，測度時(shí)間假定了時(shí)間的同質(zhì)性和可分割性，人們通過物質(zhì)運(yùn)動(dòng)變化感知到的時(shí)間是一種心理時(shí)間與我們所使用的測度時(shí)間之間存在差異，因而在使用測度時(shí)間概念去感知時(shí)間本身時(shí)就會(huì)出現(xiàn)差錯(cuò)。究其本質(zhì)，測度時(shí)間是從絕對時(shí)間的同質(zhì)性和均勻性出發(fā)，它將時(shí)間進(jìn)行空間化的處理，從而得到的關(guān)于時(shí)間的測量。只有當(dāng)時(shí)間像空間那樣被當(dāng)成是同質(zhì)的均勻的且可以被分割的，人們才能對時(shí)間進(jìn)行測度。正如瓊斯指出的：

“當(dāng)我們談?wù)摃r(shí)間的持續(xù)性，說出時(shí)間序列之時(shí)，我們就自然而然在心中想象了一個(gè)關(guān)于時(shí)間的直線，直線上的每一點(diǎn)都代表著不同的事件，而相隔的點(diǎn)之間意味著事件之間的距離。事實(shí)上，序列和間隔是我們對空間的描述，我們借用它來理解和測量時(shí)間。也就是說，為了得到簡單性的概念，我們將時(shí)間轉(zhuǎn)換為一種一維的空間在進(jìn)行思考?！盵8]

由此可見，測度時(shí)間采用了時(shí)間空間化的方式，得到了一個(gè)同質(zhì)且可分割的絕對時(shí)間。

機(jī)械時(shí)間采用空間化的方法將時(shí)間想象成一條永無止境的直線，時(shí)間間隔就會(huì)變成事件與事件之間位置的變化?？梢韵胂笠惠v轎車以每小時(shí)30公里的速度行駛，那么一個(gè)小時(shí)之后這輛轎車就會(huì)在遠(yuǎn)離它出發(fā)點(diǎn)的30公里的位置上。在談?wù)撨@輛轎車所經(jīng)過的這一個(gè)小時(shí)的運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)用30公里的位置的位移來表示。從這個(gè)簡單的例子出發(fā)，可以看出在日常生活中談?wù)摃r(shí)間的時(shí)候，是離不開事件和空間的，甚至?xí)捎檬录涂臻g來代替時(shí)間本身。那么，我們所談?wù)摰木筒皇菚r(shí)間本身，而只是基于絕對時(shí)間同質(zhì)性和可分割性得到的測度時(shí)間。機(jī)械時(shí)間對時(shí)間空間化的做法，是對時(shí)間進(jìn)行理性化、幾何化之后關(guān)于時(shí)間的測量，與人們感受的心理時(shí)間產(chǎn)生了偏差。

(三)時(shí)間的對稱性

時(shí)間對稱性的問題是關(guān)于時(shí)間方向性的討論，時(shí)間是否是有箭頭的？時(shí)間可以被分割為現(xiàn)在，過去和未來嗎？時(shí)間對稱性的問題對我們的生活產(chǎn)生著巨大的影響，人類對時(shí)間的方向性一直存在著難以抑制的好奇和野心。

假設(shè)時(shí)間具有方向性，就意味著時(shí)間可以向前也可以倒退。如果時(shí)間是一去不復(fù)返，那么時(shí)間就像一支離開了弓弦的箭，只能不斷地向前，這就意味著人們必須把握住時(shí)間，因?yàn)檫@一秒過去了就將永遠(yuǎn)不會(huì)回來；反之如果時(shí)間可以倒退，那么很多遺憾就可以得到彌補(bǔ)，但時(shí)間和生命就會(huì)變得沒有意義，事物運(yùn)動(dòng)和變化的規(guī)律也將更難以把握。假定時(shí)間沒有方向性，它既不會(huì)向前也不會(huì)倒退，它就只是存在著，那么它存在的意義就更多的同空間那樣，只是容納著物質(zhì)和運(yùn)動(dòng)的一個(gè)先驗(yàn)的內(nèi)在而存在了。

牛頓并沒有把過多的精力放在時(shí)間是否具有方向性上，他認(rèn)為沒有任何東西、任何外部環(huán)境能夠影響時(shí)間的消逝，沒有什么東西比始終的恒定滴答更不可動(dòng)搖了。吳國勝指出：“時(shí)間在牛頓力學(xué)中，是一個(gè)先定的而且不再更動(dòng)的框架……在牛頓的物理世界中，物理過程的時(shí)間方向性是無關(guān)緊要的。物體在力的作用下運(yùn)動(dòng)，最終指向未來還是會(huì)指向過去，這對于牛頓來說是無關(guān)緊要的?！盵9]在筆者看來，牛頓對于絕對時(shí)間更多的是強(qiáng)調(diào)時(shí)間的絕對性和內(nèi)在性，并且認(rèn)為時(shí)間是永恒的均勻的流逝著，但對于時(shí)間的方向性并沒有更多的關(guān)注，時(shí)間既可以向前也可以倒退，這對于牛頓而言并不是他絕對時(shí)間觀的重點(diǎn)。但在牛頓之后的近代科學(xué)家們，結(jié)合牛頓經(jīng)典力學(xué)確定了機(jī)械的世界觀，加強(qiáng)了牛頓關(guān)于時(shí)間對稱性的看法，在經(jīng)典物理學(xué)看來，時(shí)間并不具有方向性。

日常生活中，人們把時(shí)間分為過去、現(xiàn)在和未來，時(shí)間也總是罔顧人們的意志不斷地朝著未來這個(gè)方向前進(jìn)。但在經(jīng)典物理學(xué)看來，人們從出生到死亡的不可逆轉(zhuǎn)，人們對光陰一去不復(fù)返的感嘆，人們對于時(shí)間箭頭不斷向前的認(rèn)知，都只是人們的與外物相互關(guān)聯(lián)時(shí)所產(chǎn)生的幻覺。在牛頓那里，絕對時(shí)間永恒均勻流逝而不被物質(zhì)運(yùn)動(dòng)所影響，他的繼承者們則發(fā)展了這種觀點(diǎn)，在決定論的世界觀體系之下，所有的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)都是可知的，因而無所謂過去和未來，過去現(xiàn)在未來都是被設(shè)定好可以被計(jì)算的。那么時(shí)間也就不具有方向性，或者說無所謂時(shí)間的方向如何，因?yàn)橐磺卸际潜厝欢鴽]有意外的。

很顯然，經(jīng)典物理學(xué)拒斥時(shí)間之矢的觀點(diǎn)并沒有得到人們的普遍認(rèn)可，因?yàn)槿藗儫o法想象自己對于時(shí)間不斷向前，過去不可追的認(rèn)知僅僅是出于一種幻覺。同時(shí)，隨著科學(xué)的不斷發(fā)展，尤其隨著人們對熱力學(xué)和熵的不斷了解，關(guān)于時(shí)間本質(zhì)問題也提出了越來越多新觀念。

三、結(jié)語

由此，我們得知牛頓的機(jī)械時(shí)間觀表明與空間、物質(zhì)相分離的絕對性則是它的根本特性，機(jī)械時(shí)間的絕對性將生命和物質(zhì)排斥在外，使其同空間那樣成為完全內(nèi)在的絕對存在；它的同質(zhì)性和可分割性則使得機(jī)械時(shí)間被進(jìn)行空間化的處理，從而成為一種測度時(shí)間；機(jī)械時(shí)間作為物理學(xué)基本的標(biāo)量，無所謂方向性。機(jī)械時(shí)間的各種特性也是相互交融的，對時(shí)間進(jìn)行空間化的處理是基于時(shí)間的同質(zhì)性和可分割性，而時(shí)間的無方向性也必須基于時(shí)間的同質(zhì)性，時(shí)間的可測量則依賴于時(shí)間的可分割性。絕對性作為機(jī)械時(shí)間的根本特性，是機(jī)械時(shí)間其他特性的基礎(chǔ)。

人們從牛頓的機(jī)械時(shí)間觀的特性之中使用空間化的時(shí)間得到了測度時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了社會(huì)與生活的某種有序。但機(jī)械時(shí)間的絕對性將時(shí)間與物質(zhì)運(yùn)動(dòng)相分離，機(jī)械時(shí)間作為外在于人的絕對存在，不與人發(fā)生聯(lián)系，給人們理解時(shí)間對于人和生命的意義帶來了困境，這種同質(zhì)可分割的空間化時(shí)間卻與人們感知到的時(shí)間相沖突。在這種機(jī)械時(shí)間的觀點(diǎn)之下，將物質(zhì)運(yùn)動(dòng)完全的絕對化、幾何化，過去現(xiàn)在未來并沒有差別，依據(jù)相關(guān)的參數(shù)就可以預(yù)測過去現(xiàn)在和未來，那么生命的多樣性和人的自由意志將被完全剝離。機(jī)械時(shí)間帶來的認(rèn)識(shí)上的困境也成為后期機(jī)械時(shí)間觀被不斷批判的原因之一，但不可否認(rèn)，基于牛頓經(jīng)典力學(xué)體系下的機(jī)械時(shí)間觀向人們揭示了一個(gè)自洽且有據(jù)可循的時(shí)空觀、世界觀，給探尋時(shí)間的本質(zhì)問題提供了許多思路和方向，是解釋時(shí)間本質(zhì)問題極為重要的思想之一。