时间的本质-写在强子对撞机实验报告前(一)


 

                                  胡志平

 

 

空间与时间的辩证关系是辩证唯物论早就解释清楚了的哲学范畴。但是,近30多年来,这一哲学范畴却在现代人头脑中发生了难以遏制的紊乱。不仅是“空间”的含义被混合了虚拟维度,使实体的基础性“三维”变成了摇摆不定的超弦维度,同样,“时间”的概念也存在难以理顺的思维纠结。

主要原因,恐怕出于人们对“宇宙之王”霍金的崇拜超越了他用残躯之身所创造的价值。所以,当他在《时间简史》中对时间的本质没有给予总结概括或者并未做到概括准确时,也就难免引发一些思维混乱和观念的模糊。霍金是宇宙学家、物理学家,立足于科学思想高度对时间进行描述是他应尽的责任,而以哲学方法来高度概括时间的本质并非他的本分。从《时间简史》中可以看出,霍金对时间的描述充分体现了他的直觉“天才”和敏锐洞察力,他透视时间的角度包含许多方面,绝大多数有前提条件的具体判断达到了令人信服的科学、准确。

但是,科学的,未必都是全面的。霍金对时间问题的认识主要是如下论断,我们提取要点集中起来,品味一下:

……时间是宇宙事件顺序的度量,是随宇宙变化而变化的。时间不能完全脱离和独立于空间,必须和空间结合在一起形成“空间—时间”的客体。时间呈现的是一个球面。时间是有缝隙的。时间的箭头有时与人们的心理方向一致,有时并非一致。如果人类能够发现宇宙“虫洞”或制造出光速时间机器,现代人回到地球的过去或有可能。时间有实时间和虚时间之分,在实时间里,时间的过去是无穷的,可是,时间又必须有起点。(笔者注:为了避免这种无解的理论物理学悖论,霍金认为可以把时间看作是从奇点大爆炸到黑洞大收缩的一条直线。可以把与实时间成直角方向的另一时间箭头判定为时间的虚方向,也就是虚时间。在虚时间里,没有使科学定律失效的奇点。宇宙没有开端,它既不创生也不毁灭,宇宙具有自足性。我们反对爱因斯坦之前的思想史把时间看作是绝对的和孤立的。(笔者注:但是,霍金又不得不二律背反,要选择另一种必要的绝对和孤立,即星系演变过程的绝对与孤立。他认为从爱因斯坦广义相对论中可推断出,宇宙必须有个“开端”即时间的起源,并可能有个“终结”即时间的终点。时间只有在宇宙之中才能够定义。谈论宇宙星系开端之前的时间是毫无意义的,这有点儿像是去寻找比地球南极更南的“极”,一点意义也没有……

读过《时间简史》,其中绝大多数人能否依据上述多视角的复杂论断来把握并归纳出时间的本质?不能。相反,绝大多数人都会陷入思维混乱或对《时间简史》采取断章取义的理解和认识。总的看,霍金对时间的阐述是符合科学旨意的,但其对时间逻辑复杂交错的观点做不到提纲挈领地清晰理顺,这种缺憾也十分明显。由此看到,在基于敏锐的直觉判断而展开的数学推理方面,他的科学创意比马克思、爱因斯坦为人类思想史所作的贡献显然深入了一步,但在哲学思维方面,他比前人的思想境界还相差甚远。

霍金对时间问题的最大科学贡献,是他大胆地选择并确认了一个有非凡意义的逻辑起点和终点,即从宇宙大爆炸到黑洞――这一被霍金首创的宇宙“时间简史”创意思想体系的横空出世。

笔者不是宇宙学家,却十分敬佩霍金的科学胆识。这是因为科学思维方法与哲学思维方法存在功能性差别,不可求全责备。霍金思想是有缺陷的,其人生也未做到尽善尽美。但是,他30多岁即能被西方科学界推到舆论评价的巅峰,这与科学创新体制的包容性有关。科学与哲学两种思维的同一性在于:辩证唯物论可以为科学思维提供较完善的基础平台;不同点在于:哲学思维比科学思维更综合更包容。科学思维方法必须步步为营,有时它尽管显出思维狭隘,但为了探索的逻辑严谨,也并没有错;它必须先集中一切智慧和力量站稳了一个开拓点,才有条件进一步思考下一个立足点。如果当代科学家连在霍金创立的时间逻辑直线上都立足不稳,人类又何以把眼前的“霍金奇点”再继续向前推进一步?这就是马克思主义科学史观应所阐述的辩证哲理。

霍金因“身体状况极度不好” 20094月住进医院。期间,媒体上只见过一次这位公众人物的“新闻图片”――他和他的轮椅被夹在只能见其头部(似乎在沉睡)的人逢中,接受奥巴马的颁奖。美国是一个高度重视为他国精神崇拜积极造神的国家,这方面,其舆论精英领导者的敏感性极好。为了让霍金的地位和影响力在普通人心目中持续高于许多杰出思想家,最近,美国再次运用为“口述者”代笔或与之“合著”的思想矫正领导艺术,并以最快速度推出了由美国人与霍金“合著”的《大设计》一书,主要致力于纠正霍金过去曾经宣扬过的“上帝创造宇宙”的错误观点,这为“神偶”的完美性及时修补了思想“硬伤”。西方科学界多数人希望他摘取诺奖,但必备条件是,其有限生命须幸运延续到强子对撞机的实验报告发布之日或之后。这位22岁时因医学界诊断患有“渐冻症”而被判只能存活两年的瘫痪大师,因其大脑基因活跃力量的顽强支撑,使他整个躯体生命又延续了46年。他用生命的奇迹证实了人脑基因的活跃度是支配躯体延缓衰变的决定性因素;他用不死的精神追求暗示“人脑简史”的创新力可以超越他的“时间简史”的创新力。当然,对霍金来说,比摘取诺奖更难的是对时间本质的综合概括并帮助人类获得像他一样的从不颓废的精神追求。如果霍金不能完成后一种使命,后人应当接续完成。

在哲学领域,空间与时间两者辩证关系的基本思维要素首先来自爱因斯坦的创新认识和发现,物质与意识的辩证法思想体系是马克思的创举,信息与响应的辩证关系是列宁为其奠定的哲学思想基础。三大哲学范畴的意义在哪里呢?空间与时间的辩证关系,是掌握现代哲学体系的思辨基础;物质与意识的辩证关系是把握正确思维路线的基本方法,信息与响应的辩证关系是现代哲学体系的拓展和深化。三者互为联系,有机统一,从最基本方面为“发展的辩证唯物论”框架打造了相互支撑的“铁三角”。

在上述三大思维平台中,最复杂的哲学思维方法当属“空间-时间”关系。如果你基本掌握了空间与时间这对哲学范畴,你就再无可能今生今世学不懂哲学,你也再无可能今生今世与辩证思维无缘无份。凡是娴熟于空间与时间对等关系的思维头脑,他实际上已经是半个哲学家和大半个理论家了。

而在时间和空间两个概念中,认识难度更大的是时间概念。如果说物质是运动的,那就必须从时间概念中来理解它的运动状态和运动属性;如果说事物是不断变化和发展的,也必须从时间概念中来确认它的变化过程和发展阶段;如果说宇宙是无限的,更需要从时间概念上来拓展对宇宙观察视界的范围;如果说“宇宙之王”霍金在其《时间简史》中没有告诉你时间本质的完整含义,那就更需要我们把时间概念培植成人脑中的无穷智慧。

哲学的“空间”指的是物质的空间,也就是实体占有的边界和位置,这个空间至少是三维构成,如果一种实体方圆棱角凹凸不规,这种外表,即是多个三维空间组成了同一物体占有的空间,它依然是“三维”的组合式构成。

所有物质实体――包括各种粒子,其存在方式都是四维一体,除三维空间外,还有时间这一维。微粒子不仅自身占有细微的三维空间,同时占有粒子运动流的时间过程。物质占有空间位置和占有时间过程是统一的。空间,可计量物质的大小和结构组合状态;时间,可表现物质的运动轨迹和变动状态。

那么,时间究竟是什么?“你不问我时间是什么,我清楚知道它是什么;你一问我时间是什么,我才知道我不知道时间是什么。”一位著名的宗教神父对时间的幽默“解说”可能也表达了多数普通人的心理感觉。

简言之,时间的本质是指物质运动过程必然产生的运动轨迹及其线性距离的度量。时间所包含的一维性、周期性、逻辑性、无限性四大特征就是时间的本质特征。广义的宇宙天体包括微粒子运动轨迹和狭义的社会事物发展与变化的路径,均包含了上述四大特征――这就是时间不可颠覆的定理。

按照时间本质特征的重要程度,应该先阐述的是时间的一维性和逻辑性,不过,为了时间这种高度抽象的概念与通常人脑思维习惯拥有“亲和力”,笔者还是首先阐述时间的另外两大特征。

时间本质特征之一之二――物质运动轨迹的周期性和无限性。两大特征虽然背反区隔,却又密切联系。讲清楚其中一个特征,另一特征的谜团就会自然破解,而且可以发现两个特征双双清晰了然。

“周期性”一词适用于宏观物质运动轨迹,与此同义的级差关系,在其他领域也可以称之为“阶段性”和“节点性”。物质运动过程必然产生的运动轨迹和轨迹的长短距离,就是时间。这种轨迹,一方面有长度距离的表现,一方面它的长度距离同时有周期性、阶段性、节点性表现。正是上述原因,运动轨迹才能够包含霍金的认识:“时间是宇宙事件顺序的度量”,它同时也包含了物质运动距离与长度的计量。此话的通俗含义是:因为运动物的运动轨迹有长短距离和明显的周期性表现,所以才能被人类使用为时间尺度。

如果假设:物质运动没有运动轨迹,那就没有时间;如果假设:运动轨迹产生的线性距离没有任何周期、阶段、节点呈现,人类也就没有时间尺度和时间概念,同样,时间的客观存在也无从谈起。

运动轨迹的长短距离应所包含的周期性表现,恰恰就是时间的本源。简单说,时间和距离这两个概念,原本是同一概念的不同量化关系。当我们需要确认此一过程的心理企盼时,常用的就是时间概念――如:现在出发,需要好几天才到达,遥远!当我们需要确认此一过程的自然进程时,常用的就是距离概念--从这里到终点总共6000公里,遥远!但是,时间长短与距离长短虽然同宗,却并非是所有物质运动轨迹及长短距离均能充当时间尺度。

由于形态各异、本质不同的物质运动和事物变化节奏有快有慢,即便是针对同一距离的计量,也会出现不同物质“运动时钟”快慢差别。为了清晰衡量这种差别,人们就需要寻找一种共识,寻找一种物质运动的显著周期,并以这种可以共同识别的周期为准绳来衡量各类物质“运动时钟”或快或慢,这就出现了“时速”概念,“年增速”概念,还有大尺度上的“光速”概念。

“时速”概念的本质,是人类认识宇宙运动轨迹在最普通尺度上所确认的一个可常见的地球运行轨迹和线性距离的周期,即以“昼夜轮回”为一个标准的计量单位:称为“一天”时间!然后,把地球运行一天的昼夜均分为24个刻度,以此来度量不同物质运动在同一轨迹中其所需要的时间长短。在这里,同一距离的运行速度标准,实际上是以地球赤道轨迹为尺度,即以地球转速自转一周40000公里的行程距离为标准。在这个标准尺度下可以清晰发现:假如地球日行40000公里,那么,汽车日行就是千余公里,“汽车时钟”慢很多。而“人体时钟”――即体现脑神经介质微循环轨迹周期律的“生物时钟”,由于大多数人长期适应天时周期,日出而作,日落而息,所以,人的“生物钟”从自然兴奋到自然困倦的周期律与昼夜时钟节律大致吻合。

古代人类和现代人类的时间尺度,均来自宇宙学或天文学对天体运动线性周期距离的认识。地球自转一周的运动里程,同时也是“一天”时间。“一天”,是古代文明最早确认的周期。此后,依靠月亮的轨迹和运行周期又确认了“一月”,依靠四季冷暖交替即地球公转的轨迹又确认了“一年”。人类文明史其所经历的一件历时最长的重大科学事件,恰恰就是认识和发现时间周期,即我们现在所说的研究历法和编制历法,中国农历堪称这一探索发现的科学瑰宝。农历,充分体现了农耕中华追求“天人合一”的精神,祖先们把人的所有农事行为――包括春夏秋冬二十四个农事节令都融入到了以一年为天时周期的历法中。

“历法”是古汉语词汇,用现代汉语翻译也就是一部《时间法》。古汉语用辞常常比现代汉语更精炼,“历”,就是“历程”,它涵盖了距离、长度、周期、运动轨迹以及事件顺序等综合含义。所以,历法的“历”字恰恰照应了“时间”的定义,在不强调数字化精准的中国古代,用“历”字定义时间已经高度准确。但是,这个定义又只能代表抽象概念的准确,因为这个“历”字,它作为时间的定义没有被中国古籍系统阐述和论证过,它更没有被中国古代天文学家明确指出:历法就是“地球时间法”,是依据地球转速自转一周的赤道长度和公转一周的运行长度而制订的《时间法》。中国古文化大量流传下来的抽象概念只代表主观理念的准确,它们可以照见科学的精准,但并未达到科学的精准。

中国古代历法均是由皇帝颁布的,这种《时间法》因此又有“皇历”的别称。说明最初让全民族执行统一的年月日时间规范,是依靠把时间问题提升到法律高度来认识并强制推行的。另一方面,我们也看到现代人对执行年月日等制度规范都不再感觉到有任何强制性的法制压力,是因为中国农历和国际公历都高度遵循了“天时”演绎的自然法则,它灌注了“天人合一”的法学精神。

伴随着认知与实践的扩展,时间周期及其计量尺度也在丰富和发展。当人们发现,“年月日”等时间概念用在宏观领域显得尺度太小、用在竞技领域又显得尺度太大时,接着就发明了适应各种领域度量的“时间”概念。比如,面对浩瀚宇宙用大尺度“光年”来计算时间和距离,即以光粒子流狂奔一年为周期;面对微观和瞬间则用分秒来计算长短,即把一天周期无限切分变小。

科学家们不断寻找可为人类产生共识的宇宙天体运动轨迹的周期性距离,并将其移植为各种时间概念,然后又根据需要把一个较大周期切分为阶段性和节点性时间度量,这一为了时间度量而迈向无止境的宏观与微观两极的认知过程,至今没有结束。劳顿这一切的目的,首先是为了适应前沿科学领域的探索发现需要。霍金所做的工作,正与上述科学方法异曲同工。

他的黑洞理论的主旨,显然是在整个银河系及其同规模星系的运动轨迹中寻找和发现宇宙天体更大范围运行轨迹的周期性表现,他把这一周期性的运动轨迹描述为从奇点大爆炸到黑洞大挤压的膨胀与收缩之间的距离,并将其称之为“时间简史”。霍金的发现,为人类“时间观”导入了一个崭新时间度量单位,即“时间史”单位。一个“时间史”从膨胀到收缩的运动轨迹,其距离可以万光年计,其时间可超过数百亿年。如果以银河系的“时间史”为标准周期,以此度量其他星系的运动轨迹,则有了可区隔大星系间膨胀距离和兴衰速度的度量标准。

伴随着人类对深空探索发现的认知扩展,未来人必将把“时间史”当作常用时间单位。一个“时间史”的起源与终结是目前理论物理学的最大时间单位,翻过一个时间史,标志着一个大星系从起始到终结的运动轨迹的完整记录。从这里可以联想到,我们即使读过《时间简史》,也并没有理由认为一个大星系从时间起点到终点的这段遥远距离,可以代表整个宇宙空间的创生与结束。怎么可能呢?其中道理十分简单,霍金所发现的不过是一个更大范围的天体运行周期。他用“黑洞理论”为人类思想史拓展了对宇宙时空的认识;他用诸多数理分析验证并支撑了这个大型周期性时间理论或许是客观的科学的;他的发现惊动了世界也迅速推动了强子对撞机的建造和施工;他的创意使人联想到了宇宙空间所有大星系都可能存在类似的时间史,也存在大星系中的局部时间史;他的开拓性认知甚至令人心驰神往,令人敢于豪情问天:地球人正生存其中的银河系来自何方?它的前身曾经有过多少次奇点膨胀与黑洞收缩的经历?它已经翻过的“时间史”有多少个章节?我们今天所处的银河系究竟是银河系Ⅱ代、Ⅲ代、Ⅳ代……还是无名星系经历N代涅槃与新生演变而来的?

有人说,时间的“无限”和“无穷”需要验证后才是真理。真理却这样告诉他:凡是能够实现终极验证的均不能称为“无穷”和“无限”。面对“无穷”,也敢用气吞山河的魄力强迫它列入终极验证?那就真的是超级实证主义了,难道不怕后人评说“实证主义好大口气!”你无法终极验证,恰恰就是最有力的实证和验证,不能证伪与可以证实,是科学发现方法的孪生姐妹,她们对科学理论的擎举力量是相同的。强子对撞机或许能够证实奇点爆炸效应以及局部时间的起源,但是,它绝无可能证实:当这一奇点形成时,那边宇宙空间所有天体已经全部湮灭。如今,发达的科技手段不断从银河系域外深空传来陌生星系的影像,有刚刚爆发的耀眼星系,有正在蜷缩的衰亡星团;它们或处幼年,或者老迈;或在加速膨胀,或已临近收缩;有的湮灭了,有的燃烧着;有的群星灿烂,有的尘埃一片。宇宙星系时间史犹如人的个体生命,既然有新生的就有垂死的,有花样年华的就有暮年黄昏的,它们并没有同一的时间起点和终点,而是随机撰写着各自的“时间简史”,自由挥洒着膨胀与收缩的运动轨迹。

霍金是杰出的科学家,他具备哲学思维境界,但他毕竟不是一个最好的思想家。他懂得宇宙过去的时间是无穷的,他也懂得如果要证实宇宙星系的诞生和衰亡,就必须有人帮助宇宙确认一个开端,再界定一个终点。可是,他没有明确告诉我们:这种“时间观”仅仅是服从科学实证目的时间观,并非是“天人合一”的时间观。因为,所有科学实验都要设定前提条件,没有前提条件的实验等于没实验。因为,科学不能实证“无限”,只能实证“有限”。也只有通过界定大前提条件的“有限”实证,才能一步一步把认识宇宙的科学探索领域有序推向前进。他没有明确告诉我们:界定“有限”的周期,正是为了满足科学实验的现有条件,只有走完眼前一步,接下去才能朝着“无穷”目标步步为营,继续进发。然而,为了急于求证“时间简史”,他却激情荡漾地告诉我们:“谈论宇宙星系开端之前的时间是毫无意义的,这有点儿像是去寻找比地球南极更南的“极”,一点意义也没有!”是的,霍金先生,人类探索领域没走到那一步,就不会显示急在眼前的意义。假如您的“殖民外星球将成为地球人唯一出路”的预言,真的成了现实呢?此时寻找比地球南极更南的“极”有没有意义?即便是在外星上,也需要分清东南西北吧――可那里,真的是比地球南极更南的“极”!

明确界定时间的周期性,对于赢得科学探索和科学实验的巨大成功,有着非凡的现实意义。当代人正是因为看到了这一点,才不顾一切地崇拜霍金。不过,如果把这种人为“一刀切”的有限时间观从前沿科学探索领域扩散出来,提升到了社会意识形态之引导地位,它必将演变成全社会的哲学思维方法。这种思维很容易触发人类的“末日情绪”和“现世情结”,此时,任何“核心价值观”都将失去意义,包括“时间无限生命有限”这种珍视时间的至理名言也失去了意义。接着,不可抑制的颓废行为方式和急功近利行为方式,也就一波一浪强力挤压科学发展观。西方发达国家在依靠科学技术提升国力的关键时期,均没有逃脱人心颓废厌世或急功近利的灾难性后果,中国在其科技振兴的征途中,能否走出一条与他国显著不同的社会文明的创建之路?

笔者重申:时间是有周期的,但时间也是无穷的。

科技可以验证时间周期但永远不能证伪时间无穷。

 

(未完待续)

                                胡志平,2010815

 

(允许高等院校教师授课讲义引用,引用请注明出处)

接续链接《时间的本质》(二)http://www.chinavalue.net/Blog/451877.aspx