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　　時(shí)間、空間的意義究竟是什么——所謂時(shí)-空“本質(zhì)”？——沒(méi)有一勞永逸的回答，甚至在時(shí)間、空間是“主觀的”還是“客觀的”的判斷之間也不能作明確的選擇。人類只是盡力用語(yǔ)言——包括數(shù)學(xué)語(yǔ)言——去表征它，又通過(guò)這些表征進(jìn)一步解釋時(shí)間-空間的意義；
理性想象力對(duì)時(shí)-空的表征的完善性還要通過(guò)關(guān)于實(shí)在的經(jīng)驗(yàn)檢驗(yàn)，但不能教條而刻板地理解檢驗(yàn)的意義，比如非歐幾何在創(chuàng)始之初似乎沒(méi)有任何對(duì)應(yīng)實(shí)在的可能性，而只不過(guò)是天才數(shù)學(xué)家的妄想，但經(jīng)過(guò)幾個(gè)世紀(jì)，人們還是發(fā)現(xiàn)了非歐幾何比歐幾里德幾何更接近實(shí)在；
而且“實(shí)在”（康德所謂現(xiàn)象）也不是非形上學(xué)性的“科學(xué)概念”，關(guān)于實(shí)在的經(jīng)驗(yàn)對(duì)理性想象力（理論）的檢驗(yàn)也就具有永恒的相對(duì)性。當(dāng)代理論物理學(xué)的超弦/M理論的時(shí)-空是10維或11維，那么人們所能想象的為什么僅有四維時(shí)-空呢？其他6或7維空間為什么不能想象呢？實(shí)際上在數(shù)學(xué)方程中時(shí)-空甚至可以任意維，并不需要我們?nèi)ハ胂笏木S以外的多出來(lái)的空間維數(shù)。如果新理論不僅能解釋舊理論所能解釋的現(xiàn)象，而且能解釋舊理論所不能解釋的物理現(xiàn)象，那么新理論就是成功的理論�！俺晒Φ睦碚摗北取罢鎸�(shí)的理論”或“正確的理論”的提法更優(yōu)越，所以理論物理學(xué)能讓我們深切體會(huì)到真理的相對(duì)性意味著什么。所謂科學(xué)理論并非意味著它是“正確”（在其嚴(yán)格意義上）的理論，而是具有被推翻的可能性，如果它不具有被推翻的可能性它就不是科學(xué)理論，而是詩(shī)或者形而上學(xué)語(yǔ)句，科學(xué)的證偽性思想是上世紀(jì)科學(xué)哲學(xué)家卡·波普爾在人類思維發(fā)展史上的重要貢獻(xiàn)。

　　時(shí)間、空間顯得必不可少只是因?yàn)槲覀冃枰�這些概念描摹我們觀察到的現(xiàn)象，而追問(wèn)世界中究竟有沒(méi)有不依賴于人類存在而獨(dú)立存在的時(shí)間、空間依賴于我們對(duì)問(wèn)題以何種方式理解而提出。假如宇宙中沒(méi)有智慧生命（人類目前知道自己是惟一一種），那么世界也就的確沒(méi)有時(shí)間、空間的概念了。在人類存在前和人類滅絕后時(shí)間、空間依舊存在——這個(gè)判斷依然是以人類現(xiàn)在存在為前提。人類所說(shuō)任何“客觀”都不過(guò)是主觀的一種，這種認(rèn)識(shí)是建立在我們?nèi)祟惖母杏X(jué)、知覺(jué)、理性之于世界現(xiàn)象的關(guān)系。這是一種相對(duì)性的關(guān)系，以為我們的理性接受的感官對(duì)于現(xiàn)象世界的感覺(jué)印象就是世界本身所固有的物自體，那就陷入了絕對(duì)主義，而絕對(duì)主義是絕對(duì)不完善的；
當(dāng)然反過(guò)來(lái)說(shuō)，人類對(duì)現(xiàn)象世界的感覺(jué)印象都是虛假和夢(mèng)幻——也是錯(cuò)誤的，世界在人面前所現(xiàn)之象當(dāng)然不是物自體的假象，但也不是物自體的全部真相，康德認(rèn)為，把眼見(jiàn)的現(xiàn)象當(dāng)作物本身總是在邏輯上引起矛盾，任何現(xiàn)象都先天地是觀照者的表象形式。人類自然可以把自己觀察的現(xiàn)象和對(duì)現(xiàn)象的解釋用自己的語(yǔ)言來(lái)描述，但必須明確，這種語(yǔ)言只是可能的一種而不是惟一的一種。我們之所以感覺(jué)到時(shí)間、空間存在只是因?yàn)樽匀滑F(xiàn)象的因果序列的變化，如太陽(yáng)的升起和降落、人的從搖籃到墓地的過(guò)程（時(shí)間），萬(wàn)物都存在于天地間（空間），于是我們就用時(shí)間、空間概念描述我們生存其中的世界的各種現(xiàn)象。一方面，對(duì)于時(shí)間、空間的概念總是隨著我們觀察的深入而得以修正；
另一方面我們的理性總是不滿足于感覺(jué)印象的浮泛而欲追問(wèn)時(shí)-空概念的確切的意義。數(shù)學(xué)與物理學(xué)是思辨理性之于概念符號(hào)建立起來(lái)的嚴(yán)格邏輯系統(tǒng)，但這個(gè)系統(tǒng)的“根”也與人類的信念相聯(lián)系，否則羅素悖論就能夠被形式邏輯完全克服，但羅素的解決方案（類型論）并不徹底，這說(shuō)明理性科學(xué)具有不可擺脫的形而上學(xué)基礎(chǔ)，完全自洽的形式-數(shù)理邏輯的科學(xué)是沒(méi)有的。世界時(shí)-空有限還是無(wú)限的康德背反看起來(lái)是被現(xiàn)代宇宙大爆炸理論克服了，世界是有邊界的，但大爆炸的原因沒(méi)有上帝之外的物理學(xué)解釋，宇宙生成的終極原因仍然闕如（或曰終極原因總是上帝）。

　　在我們描述物體運(yùn)動(dòng)的方程中，時(shí)間和空間被量化了，時(shí)間與空間的意義仿佛被固定下來(lái)。而實(shí)際上數(shù)學(xué)符號(hào)系統(tǒng)在一定意義上具有任意性，典型的例子歐氏幾何與非歐幾何（黎曼幾何、巴羅切夫斯基幾何）就是基于不同的公設(shè)得到的不同系統(tǒng)的符號(hào)邏輯系統(tǒng)，盡管它們可以統(tǒng)一于更高的邏輯系統(tǒng)——投影幾何[1]。哥德?tīng)柌煌陚涠ɡ碚f(shuō)明，任何公理化形式系統(tǒng)——如數(shù)學(xué)，總存留在定義該系統(tǒng)的公理基礎(chǔ)上既不能證明也不能證偽的問(wèn)題[2]，這說(shuō)明我們?nèi)祟惾魏螄?yán)格性的邏輯系統(tǒng)都有著絕對(duì)不嚴(yán)格性的“阿基里斯腳踵”，或曰邏輯的基礎(chǔ)是非邏輯。沒(méi)有所謂主觀與客觀完全相符合的真理，數(shù)學(xué)、物理學(xué)對(duì)于現(xiàn)象世界的描述的真實(shí)性永遠(yuǎn)是相對(duì)的。就數(shù)學(xué)而言，是否凡是建立在邏輯思維基礎(chǔ)上的數(shù)學(xué)系統(tǒng)就必定存在關(guān)于實(shí)在的物理學(xué)的對(duì)應(yīng)者呢？這句話轉(zhuǎn)換成形而上學(xué)語(yǔ)句就是——思維與存在是否具有同一性呢？回答依然沒(méi)有絕對(duì)性的肯定或否定，我們只能說(shuō)思維和存在具有相對(duì)的同一性，當(dāng)然也可以說(shuō)具有相對(duì)的非同一性。這樣說(shuō)是否矛盾呢？不是矛盾，而是程度問(wèn)題，人類思維對(duì)于現(xiàn)象的理解應(yīng)該是接近物自體的過(guò)程，“相對(duì)同一性”是說(shuō)接近是可能的；
“相對(duì)非同一性”是說(shuō)盡管不斷接近，但絕對(duì)“同一”是不可能的，因?yàn)槲覀円�接近的物自體在無(wú)限遠(yuǎn)處�！�—這里所謂同一性不是黑格爾那種浪漫主義的“同一哲學(xué)”的自然哲學(xué)的同一性，像黑格爾那樣要求宇宙中的實(shí)在必須與自己非邏輯系統(tǒng)的詩(shī)意幻想“同一”（如靜電是物體受摩擦產(chǎn)生的憤怒之類）被赫爾姆霍茨認(rèn)為是“絕對(duì)的狂妄”[3]。

　　人類從古典物理學(xué)的絕對(duì)時(shí)-空觀上升到現(xiàn)代物理學(xué)的相對(duì)時(shí)-空觀是人類思想史上最驚心動(dòng)魄的思想飛躍，愛(ài)因斯坦的兩個(gè)相對(duì)論改變了人類對(duì)宇宙的總體看法，從此之后在人類思維中那種根深蒂固的絕對(duì)時(shí)空觀被拋棄了。當(dāng)然并非說(shuō)人類已經(jīng)建立了終極正確的時(shí)空觀，科學(xué)是一個(gè)永遠(yuǎn)自我更新的開(kāi)放系統(tǒng)，前提是如果人類能夠永遠(yuǎn)生存于宇宙中的話�？茖W(xué)的可證偽性又并非說(shuō)科學(xué)是一堆錯(cuò)誤的集合，而是說(shuō)任何科學(xué)系統(tǒng)都有待完善。牛頓力學(xué)被愛(ài)因斯坦證偽意味著愛(ài)因斯坦的相對(duì)論包容了一個(gè)適用性更大的系統(tǒng)，是一種更高級(jí)的綜合，牛頓力學(xué)被作為愛(ài)因斯坦相對(duì)論的特例保留。而我們地球人正好生活在這個(gè)特例的系統(tǒng)中，所以牛頓的絕對(duì)時(shí)空仍然是我們生活的時(shí)空：容器里的蘋果吃掉了，容器空了，所以空間和物體是分離的、彼此毫不相干；
一個(gè)人變老了，可屋子里的空間沒(méi)有老，時(shí)間不會(huì)在空無(wú)的地方流過(guò)，所以時(shí)間與空間是分離的、彼此毫不相干。以相對(duì)論時(shí)-空觀來(lái)看，根據(jù)這些常識(shí)得出的時(shí)間、空間、物質(zhì)分離的看法當(dāng)然都是錯(cuò)誤的，但由于我們以牛頓時(shí)-空觀的錯(cuò)誤看待世界并不會(huì)給我們生活帶來(lái)錯(cuò)誤，所以我們每個(gè)人的思辨理性大多不去糾正我們潛意識(shí)中時(shí)空-觀的錯(cuò)誤，原因很簡(jiǎn)單，我們?cè)诘厍蛏仙�活。在地球上，即使那使�?ài)因斯坦發(fā)現(xiàn)狹義相對(duì)論的同時(shí)性問(wèn)題也不會(huì)成為大多數(shù)人的問(wèn)題，因?yàn)楣庑盘?hào)以每秒三十萬(wàn)公里速度傳播，而地球周長(zhǎng)只不過(guò)四萬(wàn)公里，美國(guó)發(fā)生的事件只需光（或電磁波）花費(fèi)約十五分之一秒便傳播到中國(guó)，在我們感覺(jué)中好像根本沒(méi)有花費(fèi)時(shí)間，這就是我們?yōu)槭裁纯梢酝ㄟ^(guò)電視“實(shí)時(shí)性”地看美國(guó)NBA籃球比賽的原因。如果離我們一百光年外的星球上有精彩的足球比賽，他們“實(shí)況轉(zhuǎn)播”的信號(hào)在沿他們的光錐一百年后的我們的電視里才能看到，所幸的是世界足聯(lián)不會(huì)決定把世界杯比賽放在那樣遙遠(yuǎn)的星球舉行。如果那樣的話恐怕會(huì)百倍地增加足球流氓產(chǎn)生的數(shù)量，因?yàn)榧词骨蛎灾衅�氣最好的人恐怕也沒(méi)有耐心懷著期待的心情在電視屏幕前等待一百年，因此警察的工作將十分繁重。不過(guò)幸運(yùn)中也有遺憾——使所有球迷不會(huì)認(rèn)真思考“同時(shí)性”意味著什么，從而錯(cuò)過(guò)了一次重新發(fā)現(xiàn)狹義相對(duì)論的機(jī)會(huì)。

　　當(dāng)然，科學(xué)又不是神秘的，愛(ài)因斯坦相對(duì)論時(shí)-空觀在現(xiàn)代中學(xué)生已經(jīng)不難理解。對(duì)科學(xué)的理解也只能從我們經(jīng)驗(yàn)的常識(shí)開(kāi)始，“天地者萬(wàn)物之逆旅，光陰者百代之過(guò)客”[4]是李白對(duì)時(shí)間與空間的理解——天地（即空間）是萬(wàn)物（即物質(zhì)）的客舍旅店（容器）；
時(shí)間（即光陰）表現(xiàn)為存在者（即過(guò)客）的運(yùn)動(dòng)（一代接替一代）。這句詩(shī)透露的消息起碼就空間觀而言近似牛頓的絕對(duì)時(shí)-空觀。李白的直覺(jué)是感性的，也是天才的，但也是簡(jiǎn)單的，沒(méi)有上升到理性；
而牛頓的時(shí)-空觀盡管相對(duì)于相對(duì)論和量子力學(xué)時(shí)-空觀是錯(cuò)誤的，卻是人類時(shí)空觀飛躍不可或缺的理性知識(shí)的基礎(chǔ)。就一個(gè)人的理智發(fā)展乃至一種文明的發(fā)展而言，基于日常經(jīng)驗(yàn)的常識(shí)，即使是相對(duì)正確的直覺(jué)，若不上升到理性則不能使之深入（或建立）系統(tǒng)的科學(xué)，何況常識(shí)并不一定可靠。如在牛頓之前，人們對(duì)于陽(yáng)光的常識(shí)是——白色的光，但牛頓的三棱鏡改變了這個(gè)常識(shí)——陽(yáng)光不是單純的白光，陽(yáng)光中包含著三種顏色的光。光的頻率決定了他們的顏色（當(dāng)然現(xiàn)代光譜學(xué)中的太陽(yáng)光譜更豐富）。然而，基于自己的“常識(shí)”，大詩(shī)人歌德固執(zhí)地認(rèn)為牛頓錯(cuò)了，理由是白光比有色光更純粹[5]。當(dāng)然科學(xué)是不會(huì)因?yàn)樵?shī)人的天才聽(tīng)命于他的“常識(shí)”的，陽(yáng)光是白光的常識(shí)被修正了，陽(yáng)光由不同頻率的光組成是確切無(wú)疑的，而且光譜分析成為現(xiàn)代物理學(xué)打開(kāi)宇宙生成史大門的鑰匙。

　　科學(xué)的常識(shí)也不是恒定的，必須時(shí)刻準(zhǔn)備繼續(xù)被修正。比如，我們基于牛頓物理學(xué)認(rèn)為一切物質(zhì)運(yùn)動(dòng)速度與它的初始條件有關(guān)，我們?cè)诨疖嚿蠏伋龅奈矬w的運(yùn)動(dòng)速度由我們手揮動(dòng)的力決定，再疊加火車的運(yùn)動(dòng)速度，所以我們向順著火車運(yùn)動(dòng)方向拋物與逆著火車方向拋物，相對(duì)地球上的參照物而言兩種速度因疊加了火車運(yùn)動(dòng)速度有所不同——順著火車方向的拋物水平速度大于逆著火車方向拋物的水平速度�；�于這種牛頓力學(xué)“常識(shí)”我們就理所當(dāng)然地認(rèn)為，我們坐在火車上手持手電筒順著火車運(yùn)動(dòng)方向照耀時(shí)，光的運(yùn)動(dòng)速度必定大于逆著火車運(yùn)動(dòng)方向照耀時(shí)光的運(yùn)動(dòng)速度。然而這個(gè)“常識(shí)”是錯(cuò)誤的，愛(ài)因斯坦的相對(duì)論告訴我們，光速是恒定的，光的運(yùn)動(dòng)速度與光源的運(yùn)動(dòng)速度無(wú)關(guān)。正是光速不變?cè)�理才能使我們能�?zhǔn)確計(jì)算出遙遠(yuǎn)的星系與我們的距離，宇宙正在膨脹，所有的星系都相互離開(kāi)，相互離開(kāi)的越遠(yuǎn)，離開(kāi)的速度越快，但它們運(yùn)動(dòng)中所發(fā)射的光波并不隨著它們相互遠(yuǎn)離的運(yùn)動(dòng)速度而變化，而是以恒定的速度傳播著，除非不幸被黑洞吸收。許多遙遠(yuǎn)的星系可能已經(jīng)熄滅了，可它們的光才剛剛到達(dá)我們這里（地球表面），我們通過(guò)這些遙遠(yuǎn)星系的光譜就能分析出構(gòu)成這些星系的物質(zhì)是什么，我們因此也就知道宇宙生成的歷史。為什么遙遠(yuǎn)的星系代表宇宙的早期歷史呢？回答這個(gè)問(wèn)題首先就涉及到為什么我們總是把時(shí)間與空間并列在一起，比如，日本國(guó)立天文臺(tái)天文學(xué)家最近發(fā)現(xiàn)離地球約129億光年的星系，這意味著這個(gè)星系距離地球129億光年（根據(jù)光每秒三十萬(wàn)公里的速度我們就能把129億光年換算成我們熟悉的公里，你可以自己用計(jì)算器做這個(gè)簡(jiǎn)單的乘法），這首先是空間概念；
同時(shí)也意味著時(shí)間概念，距離我們129億光年的星系被我們看到，說(shuō)明射到地球的光波經(jīng)歷了129億年時(shí)間的旅行才到達(dá)我們這里，這段光波的年齡是129億年，光波是物質(zhì)的一種能量形式，所以日本天文學(xué)家看到了一百多億年以前的宇宙物質(zhì)，分析這些古老光譜就是分析一百多億年前的宇宙歷史。這意味著宇宙的全部歷史信息并沒(méi)有隨著時(shí)間而丟失，他們依然存在于宇宙中。

　　那么我們太陽(yáng)系的歷史是否也保存在宇宙中呢？回答是肯定的。太陽(yáng)系形成于大約50~46億年以前的星云，若距離我們太陽(yáng)系50億光年的某個(gè)星系上有智慧生命存在，他們“現(xiàn)在”（超距的現(xiàn)在）剛好觀察到太陽(yáng)的形成。我們的地球不發(fā)光，但由于她反射太陽(yáng)光，所以地球上所有發(fā)生的歷史信息通過(guò)光波的形式現(xiàn)在依然在宇宙中存在并傳播，假如距離我們地球5~4千光年的一系列星球上有像我們?nèi)祟愐粯拥闹腔刍蚋�加智慧的生命存在，他們“現(xiàn)在”（超距的現(xiàn)在）就能通過(guò)天文望遠(yuǎn)鏡（又假設(shè)他們的望遠(yuǎn)鏡有任意高的分辨率）看到埃及人修建金字塔；
大禹正在治水；
蘇美爾人正在勞作；
等等。地球反射的光波記載地球歷史信息存在于宇宙中是毫無(wú)疑問(wèn)的，因此假如有比光速還快的飛船離開(kāi)地球飛行，上面的攝相機(jī)俯視地球（假設(shè)攝相機(jī)有任意高的分辨率）飛船上攝相機(jī)就能拍攝到時(shí)光“倒流”的地球世界史——世界大戰(zhàn)從結(jié)束開(kāi)始爆發(fā)，子彈從肉體回到槍堂，戰(zhàn)士骷髏從墳?zāi)估锍鰜?lái)倒走成嬰兒，嬰兒回到母腹，等等。當(dāng)然這完全是假設(shè)——超光速飛船上的觀察者看到了時(shí)間倒流，因?yàn)闆](méi)有這樣的飛船——他的飛行速度超過(guò)光速。以目前人類認(rèn)識(shí)，飛船質(zhì)量不允許它無(wú)限趨近光速，因?yàn)樵谒鼰o(wú)限趨近光速運(yùn)動(dòng)時(shí)其質(zhì)量幾乎變得無(wú)窮大，有什么樣的動(dòng)力引擎能使幾乎無(wú)窮大質(zhì)量的飛行器繼續(xù)加速呢！而且，如果超過(guò)光速，它的質(zhì)量就變成純虛數(shù)，是我們不能解釋的物理量，設(shè)m0低速質(zhì)量（靜態(tài)質(zhì)量），則高速v時(shí)的質(zhì)量m=m0 /(1-v2/c2)1/2，(點(diǎn)擊此處閱讀下一頁(yè))

　　v無(wú)限趨近光速c時(shí)使m趨近無(wú)窮大，v超過(guò)c時(shí)m成為虛數(shù)。就目前人類科學(xué)而言，接近光速和超越光速的飛行器是絕對(duì)不可能的。但快速運(yùn)動(dòng)（小于光速）的飛行器上的時(shí)間肯定比地球上的時(shí)間流得慢。慢多少，取決于飛行器的速度，像飛機(jī)之類的飛行器盡管已經(jīng)超過(guò)音速數(shù)倍但與光速相比速度非常低，一個(gè)想依靠飛機(jī)上的時(shí)間相對(duì)于地球上的時(shí)間流速慢而延長(zhǎng)生命的人，即使終生坐在飛機(jī)上周游世界(從西向東飛，使得地球的旋轉(zhuǎn)疊加飛機(jī)的速度)，延長(zhǎng)的壽命也比一秒還短得多，這顯然不如把飛機(jī)票的錢用在健身房來(lái)延長(zhǎng)生命劃算（根據(jù)法國(guó)現(xiàn)代科學(xué)家約翰-皮爾·盧米涅的計(jì)算，一個(gè)人在一架以1000公里/小時(shí)的速度飛行的飛機(jī)里坐上60年，與地面上相比賺得的時(shí)間是千分之一秒）。但如果將來(lái)的飛行器（如宇宙飛船）的飛行速度是光速的十分之一，時(shí)間的相對(duì)性效應(yīng)將明顯；
假如飛船速度接近光速，飛船上的時(shí)間在地球觀察者看來(lái)將十分緩慢，這就產(chǎn)生了著名的“孿生子佯謬”[6]：孿生子之一開(kāi)始乘坐飛船到太空旅游數(shù)年后返回地球，他將發(fā)現(xiàn)他的雙胞胎弟弟比他衰老的多。根據(jù)約翰-皮爾·盧米涅的計(jì)算，年齡20歲的孿生子，其中一個(gè)以297000公里/秒的恒定速度乘飛船在太空旅游，當(dāng)他返回地球，地球上的同胞兄弟已經(jīng)60歲，而他只有26歲。歲數(shù)的測(cè)量是以各自（地球上的和飛船上的）的鐘表為依據(jù)的。這個(gè)佯謬的意義是非常鮮明地比喻了時(shí)間的相對(duì)性，其實(shí)并不需要孿生子之一去旅游，只要飛船上放一個(gè)帶日歷的電子表就行了，飛船日歷與地球日歷各自按自己的速度計(jì)時(shí)，按上述計(jì)算二鐘表必然相差：60-26=34年。至于未來(lái)人類是否能使這樣的情況成為可能——某人為了使自己能夠看到他在地球一般壽命不允許看到的未來(lái)（當(dāng)然是指地球上未來(lái)所發(fā)生的情形），除了把自己冰凍起來(lái)等待復(fù)活而外，就是乘坐這樣的高速（與光速可比）飛船旅行——取決于未來(lái)人類所制造的飛行器能否達(dá)到與光速可比的飛行速度，而且飛行者必須為了將來(lái)回到地球的驚喜忍受飛船上生活的寂寞，并且還有許多技術(shù)問(wèn)題——如飛船里如何增強(qiáng)體質(zhì)和肌體免疫力以及飛船上如何儲(chǔ)藏他半生所需的食品，最難克服的問(wèn)題是——什么樣的多級(jí)火箭才能獲得哪怕是十分之一光速（每秒三萬(wàn)公里）的高速度（在飛船加速的過(guò)程中必須保證超重狀態(tài)使人的心臟能夠承受）�！�—想到人類的科學(xué)的級(jí)數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，對(duì)這些“一步登天”問(wèn)題，我們大概不能完全排除未來(lái)人對(duì)這些困難克服的可能性。

　　愛(ài)因斯坦的相對(duì)論告訴我們時(shí)間的相對(duì)性，宇宙中沒(méi)有絕對(duì)的時(shí)間，我們地球人往往把地球上的時(shí)間看作是絕對(duì)的時(shí)間，這是由于我們的“洞穴假象”。不同運(yùn)動(dòng)的物體各有自己的時(shí)間，如不同速度運(yùn)動(dòng)的飛船都有自己的時(shí)間流速，時(shí)間流速的快慢取決于飛船的速度，一個(gè)人從一個(gè)速度的飛船改乘另一個(gè)速度的飛船不會(huì)感覺(jué)到時(shí)間流速的變化，他的手表的秒針在他的眼睛和耳朵的神經(jīng)細(xì)胞傳遞到大腦的信號(hào)——秒針移動(dòng)和滴答聲在他乘坐不同的飛船時(shí)的感覺(jué)永遠(yuǎn)是一樣的。在高速飛船上你的身體變小了，但所有的東西——包括你的尺子也發(fā)生同樣的變化，所以你即不會(huì)感到時(shí)間變慢，也不會(huì)感到身子變小、質(zhì)量增大，組成你的身體細(xì)胞的每一個(gè)原子都發(fā)生了變化，你的神經(jīng)細(xì)胞當(dāng)然也發(fā)生了變化，當(dāng)所有物質(zhì)形態(tài)都同樣變化時(shí)，你的感覺(jué)就沒(méi)有任何變化了[7]。只有不同速度的飛船到達(dá)地球（或火星，或隨便哪個(gè)能給你補(bǔ)養(yǎng)的星球）后才會(huì)發(fā)現(xiàn)不同飛船上人的手表的時(shí)間（以及根據(jù)手表時(shí)間撕的日歷）發(fā)生了很大的差異，差異的多少與不同飛船的運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)。

　　那么時(shí)間能否倒流呢？ ——這是一個(gè)嚴(yán)肅的科學(xué)問(wèn)題。就我們目前的宇宙說(shuō)，時(shí)間以非常大的幾率不可能倒流，因?yàn)殪囟�律（即熱力學(xué)第二定律）決定了時(shí)間箭頭的方向指向未來(lái)，在封閉系統(tǒng)（宇宙中所有的系統(tǒng)都是開(kāi)放系統(tǒng)，但整個(gè)宇宙可以看作一個(gè)封閉系統(tǒng)，星系如宇宙中的銀河系也可看作相對(duì)封閉的系統(tǒng)）總是從有序變得無(wú)序即熵值趨向最大化而不是相反，一個(gè)遠(yuǎn)離平衡態(tài)的開(kāi)放子系統(tǒng)（如生物體）的自身有序度增加是因?yàn)樗�吸收了外界能量，他吸收的效率也不可能是百分之百，這樣總的系統(tǒng)（如太陽(yáng)系）依然呈現(xiàn)熵值增大，而不是相反�？蔀槭裁凑f(shuō)時(shí)間的倒流的不可能性是“很大的幾率”而不說(shuō)“時(shí)間絕對(duì)不可能倒流”呢？難道還有很小的幾率發(fā)生時(shí)間倒流的情況嗎？自然哲學(xué)家石里克根據(jù)玻爾茲曼的研究認(rèn)為，時(shí)間流向取決于熵定律，而熵定律是可幾的有效性，倒流并非絕對(duì)不可能[8]�？紤]到宇宙的廣大的空間和漫長(zhǎng)的時(shí)間，熵減是可能的，物理學(xué)定律包括熵定律都是幾率性的定律，只是熵定律在目前的宇宙顯得幾率大到幾乎完全決定論的程度。那么假如在未來(lái)宇宙的某一時(shí)刻發(fā)生反熵定律（即發(fā)生熵減），時(shí)間忽然開(kāi)始倒流，是否意味著世界歷史反方向重演一次，而我們?cè)交钤侥贻p——直到回到母腹中？問(wèn)題是，在一個(gè)反熵的宇宙中是否還有像我們（人類）意義上的智慧生命？任何一個(gè)地球上說(shuō)“我”的人都是在一個(gè)遵守熵定律的宇宙里進(jìn)化而來(lái)的，或者說(shuō)人這種生物是遵守熵定律的宇宙的產(chǎn)物。因?yàn)槲覀儾荒芟胂箪囟�律被違反的宇宙是否能進(jìn)化出像“我”之類的生命東西，當(dāng)然就更無(wú)法想象“我”在時(shí)間倒流的宇宙里生活的體驗(yàn)。石里克認(rèn)為，“過(guò)去”和“將來(lái)”，只是因?yàn)槲覀冇洃浐腕w驗(yàn)的過(guò)程，如果一切都方向相反，時(shí)間依然是單向的。也就是說(shuō)，在熵減的宇宙中，假如還有生命的話，他們將不理解在一個(gè)熵增的世界里將發(fā)生什么，就像我們不理解他們一樣。我們體驗(yàn)到的因果性與時(shí)間的單向性是一個(gè)問(wèn)題的兩種表達(dá)，因果性使我們體會(huì)時(shí)間，我們用時(shí)間表達(dá)因果序列。

　　可是即使在我們現(xiàn)在的宇宙，在微觀的量子世界，時(shí)-空結(jié)構(gòu)與宏觀世界相比有很大的不同，宏觀世界的嚴(yán)格因果序列在微觀世界被一定程度地違反了。因果性使我們體驗(yàn)到時(shí)間的方向性，即時(shí)間一去不復(fù)返的感覺(jué)。杯子落在地上，然后碎了，水撒了一地。這個(gè)過(guò)程不能反方向發(fā)生。一個(gè)人上午八點(diǎn)乘車出發(fā)只能在上午八點(diǎn)以后返回，他不能在上午八點(diǎn)或八點(diǎn)以前返回。世界中的事件的因果性系列似乎是天經(jīng)地義的。如果某人告訴你說(shuō)：一個(gè)人在地點(diǎn)A（如紐約），你就肯定地判斷這個(gè)人肯定不在地點(diǎn)B（如北京）；
如果某人告訴你一個(gè)人同時(shí)存在于紐約和北京，你一定判斷他在說(shuō)謊�？墒侨绻�“一個(gè)人”換成“量子”，地點(diǎn)A、地點(diǎn)B換成兩個(gè)空間中相鄰的質(zhì)點(diǎn)，那么他（比如物理學(xué)家薛定諤）如果告訴你，在某時(shí)刻量子可能同時(shí)在A點(diǎn)或B點(diǎn)，那么薛定諤沒(méi)有說(shuō)謊。量子究竟在A點(diǎn)還是B點(diǎn)呢？薛定諤說(shuō)，兩點(diǎn)都可能，但絕對(duì)不可能的是：在某時(shí)刻量子一定在A點(diǎn)、不在B點(diǎn)；
或一定在B點(diǎn)、不在A點(diǎn)。薛定諤方程只能計(jì)算出量子在某點(diǎn)出現(xiàn)的幾率。如果你能嚴(yán)格確定量子在某點(diǎn)的狀態(tài)意味著你知道它在此點(diǎn)的速度和動(dòng)量，但是，事實(shí)上，你越想把量子在某一時(shí)刻的位置測(cè)量的準(zhǔn)確，那么意味著量子的速度越不準(zhǔn)確；
反之你越想把速度測(cè)的準(zhǔn)確，那么它的位置就越不準(zhǔn)確——這就是量子力學(xué)中的測(cè)不準(zhǔn)原理[9]。量子并不是我們?cè)O(shè)想的非常小的小球，我們不能把它比附成宏觀物體的運(yùn)動(dòng)，它的波動(dòng)和粒子性是雙重的，即量子所具有波粒二相性。我們不能建立能夠直觀理解的量子運(yùn)動(dòng)的模型，我們不能要求量子必須符合我們對(duì)宏觀物體的經(jīng)驗(yàn)——某物在某時(shí)在某地要么存在要么不存在二者必居其一。愛(ài)因斯坦正是因?yàn)檫@種來(lái)自宏觀世界的確信而不滿意測(cè)不準(zhǔn)原理，在愛(ài)因斯坦看來(lái)，世界事件的因果序列是不能違反的，量子應(yīng)該測(cè)得準(zhǔn)，他與以尼爾斯·玻爾為首的哥本哈根學(xué)派物理學(xué)家進(jìn)行了廣泛的爭(zhēng)論，他認(rèn)為測(cè)不準(zhǔn)是理論本身不完善，這似乎也是當(dāng)時(shí)一般相對(duì)論科學(xué)家的想法。這想法建立在無(wú)論多么小的空間都有明確的幾何學(xué)，以及時(shí)間可以被分割成無(wú)限小的區(qū)間基礎(chǔ)上的。而實(shí)際上，在與量子的大小可比的空間范圍內(nèi)，沒(méi)有明確的幾何學(xué)�？臻g不是無(wú)限可分的，時(shí)間也不是無(wú)限可分的，或者說(shuō)，正像能量輻射不是連續(xù)的而是量子化的，時(shí)-空的微觀結(jié)構(gòu)也不是連續(xù)的。愛(ài)因斯坦與玻爾等人的爭(zhēng)論結(jié)果現(xiàn)在已經(jīng)明朗了，“測(cè)不準(zhǔn)”并非是我們?nèi)祟惖闹橇Σ煌晟�，“測(cè)不準(zhǔn)”是微觀量子運(yùn)動(dòng)的本真現(xiàn)象�！�—也最終得到了晚年愛(ài)因斯坦的認(rèn)可，“海森堡已令人信服地表明，從經(jīng)驗(yàn)觀點(diǎn)看，任何可以作為自然的嚴(yán)格決定論性結(jié)構(gòu)的結(jié)論已被明確排除掉了，因?yàn)槲覀兊膶?shí)驗(yàn)儀器的原子性的結(jié)構(gòu)的緣故。因而，任何未來(lái)的知識(shí)也不可能迫使我們放棄現(xiàn)在的統(tǒng)計(jì)理論基礎(chǔ)，轉(zhuǎn)而支持直接處理物理實(shí)在的決定論性理論” [10]。愛(ài)因斯坦的這段話表明，量子力學(xué)使嚴(yán)格決定論破滅了，嚴(yán)格決定論的破滅意味著什么呢？意味著在微觀量子世界中沒(méi)有嚴(yán)格的因果性關(guān)系，而沒(méi)有嚴(yán)格因果性關(guān)系的世界意味著——時(shí)間表現(xiàn)出混沌性。

　　為了使我們對(duì)于人類時(shí)間-空間觀的歷史性演進(jìn)有更明確的了解，下面盡可能形象地簡(jiǎn)略敘述從經(jīng)典物理學(xué)的時(shí)空觀到現(xiàn)代物理學(xué)的時(shí)空觀的變化的過(guò)程。

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　　一、牛頓的絕對(duì)時(shí)-空觀

　　牛頓的時(shí)間、空間觀代表了人類在牛頓誕生以前的時(shí)、空觀，在牛頓的機(jī)械世界里，空間、時(shí)間、物體是彼此分離，毫不相干的。牛頓的質(zhì)量m是絕對(duì)的剛體，剛體內(nèi)部沒(méi)有結(jié)構(gòu)，而是完全同一的，它與本身運(yùn)動(dòng)的速度無(wú)關(guān)，它獨(dú)立于時(shí)間、空間存在。在人類對(duì)原子結(jié)構(gòu)不了解的時(shí)代（古希臘的原子概念，只是一種世界由最基本微粒而構(gòu)成的玄想，至于原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)理論是近代物理學(xué)才有的），牛頓的理想剛體接近實(shí)在因而是較理想的選擇，在低速運(yùn)動(dòng)的物體這種理想剛體也近似正確。其實(shí)世界上沒(méi)有不受自身運(yùn)動(dòng)而變化的剛體，只是低速運(yùn)動(dòng)對(duì)物體的運(yùn)動(dòng)對(duì)它本身結(jié)構(gòu)改變十分微小罷了，當(dāng)物體運(yùn)動(dòng)與構(gòu)成物體的原子中電子運(yùn)動(dòng)速度可比時(shí)，運(yùn)動(dòng)對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的改變將十分明顯。比方說(shuō)，對(duì)于我們?nèi)祟惾庋鄣挠^察，說(shuō)光線直線傳播是基本正確的，但對(duì)于與光子大小可比的精靈的眼睛來(lái)看，她將看到光波運(yùn)動(dòng)的波峰和波谷，說(shuō)光直線傳播就失去了意義；
對(duì)大尺度空間來(lái)說(shuō)，光的直線傳播也失去了意義�？茖W(xué)家也曾試圖用牛頓力學(xué)繼續(xù)解釋光的運(yùn)動(dòng)和電子圍繞原子核的運(yùn)動(dòng)，但都以失敗告終。正是基于牛頓力學(xué)在解釋大尺度空間運(yùn)動(dòng)和微觀運(yùn)動(dòng)的失敗，才有相對(duì)論和量子力學(xué)的誕生。牛頓的剛體小球的理想質(zhì)量m獨(dú)立于時(shí)、空而存在是假設(shè)了絕對(duì)空無(wú)的空間的存在，并且時(shí)間不對(duì)剛體質(zhì)量的內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生任何影響，即時(shí)間不在剛體內(nèi)部流過(guò)，剛體在時(shí)空中的運(yùn)動(dòng)完全是機(jī)械決定論的。牛頓時(shí)代的大部分物理學(xué)家為牛頓完美的決定論方程所傾倒，他們甚至認(rèn)為物理學(xué)差不多已經(jīng)到了頂點(diǎn)，余下的只不過(guò)是一些簡(jiǎn)單的修補(bǔ)工作。由于牛頓自己的宗教信仰，他對(duì)自己的發(fā)現(xiàn)也并不完全滿意，而且他說(shuō)過(guò)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的力學(xué)基礎(chǔ)絕對(duì)不是機(jī)械的。然而，牛頓《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》并沒(méi)有超出機(jī)械決定論的任何信息，萊布尼茨對(duì)牛頓學(xué)派的攻擊也沒(méi)有動(dòng)搖牛頓力學(xué)的贊同者的信心，因?yàn)榕ｎD力學(xué)把小到蘋果落地的運(yùn)動(dòng)，大到行星運(yùn)動(dòng)用一個(gè)方程來(lái)表達(dá)，的確令人驚嘆。對(duì)牛頓力學(xué)的顛覆要等到愛(ài)因斯坦的誕生才成為可能。牛頓力學(xué)的空間、時(shí)間與物體分離的時(shí)、空觀可以通過(guò)下面以兩個(gè)比喻來(lái)說(shuō)明。

　　A. 牛頓的時(shí)間：通過(guò)《睡美人》的城堡理解牛頓的時(shí)間——與空間分離的時(shí)間

　　在格林童話《睡美人》的城堡里，由于受了魔法的詛咒，公主和城堡里所有的人、物都進(jìn)入了睡眠。

　　百年后，公主和所有的人、物又都蘇醒了。對(duì)于城堡外面的世界時(shí)間流過(guò)了一百年，但對(duì)于城堡內(nèi)部，時(shí)間在這一百年是靜止的，或者說(shuō)時(shí)間消失了。公主醒來(lái)后依然與百年前一樣年輕，其他人也都繼續(xù)他們過(guò)去的歲數(shù)。

　　這里包含了古典的時(shí)間觀，是牛頓的時(shí)間觀。按照這種時(shí)空觀，假如時(shí)間在某個(gè)時(shí)刻停止，那么一切存在物依然存在，空間當(dāng)然也存在，只是一切都靜止下來(lái)，如《睡美人》的城堡所描述的，劈柴人舉著手斧停止在半空，飛鳥(niǎo)懸在天上，河水停止了流動(dòng)，一切都靜止在時(shí)間停止（消失）的時(shí)刻。這是牛頓的時(shí)間觀，時(shí)間與空間和空間里的存在物是完全分離的，時(shí)間的消失不會(huì)影響其他二者的存在。

　　B．牛頓的空間：通過(guò)湖泊與湖泊里魚(yú)的比喻說(shuō)明牛頓的空間——與空間中的存在物分離的空間

　　在湖泊中，水代表空間，湖泊里的魚(yú)代表物體（所有宇宙中的星辰包括地球上萬(wàn)物）。在牛頓的時(shí)空觀看來(lái)，空間與物質(zhì)的關(guān)系就像湖水與魚(yú)的關(guān)系一樣，即使湖泊里的魚(yú)都被漁夫打光了，水依然存在。也就是說(shuō)，在牛頓力學(xué)體系中，即使物體消失了，空間依然存在�！�—牛頓的空間的就是這樣的空間，空間好比是容器，而物體好比是容器里的東西，物體的消失不會(huì)影響空間的存在。

　　牛頓的時(shí)空觀是無(wú)限的和絕對(duì)的時(shí)空觀。為什么說(shuō)它是無(wú)限的和絕對(duì)的呢？(點(diǎn)擊此處閱讀下一頁(yè))

　　所謂無(wú)限的時(shí)間就是說(shuō)，時(shí)間沒(méi)有開(kāi)始，也沒(méi)有結(jié)束；
所謂無(wú)限的空間就是說(shuō)，空間無(wú)限地廣延，沒(méi)有起點(diǎn)也沒(méi)有終點(diǎn)。所謂絕對(duì)時(shí)間，就是時(shí)間不依賴于任何存在物而獨(dú)立地存在；
所謂絕對(duì)的空間，就是空間可以是絕對(duì)地空，沒(méi)有任何存在物的虛空，就是說(shuō)空間可以不依賴于存在物而獨(dú)立地存在。

　　而牛頓的萬(wàn)有引力方程表明：萬(wàn)有引力似乎在空間中是以無(wú)限的速度傳遞的，任何相距遙遠(yuǎn)的兩個(gè)物體都不需要任何時(shí)間就能傳遞萬(wàn)有引力；
萬(wàn)有引力的傳遞不需要任何介質(zhì)。牛頓的萬(wàn)有引力概念是建立在他的時(shí)空觀基礎(chǔ)上的，他的時(shí)空觀是通過(guò)牛頓力學(xué)系統(tǒng)反映出來(lái)的。

　　2、牛頓的時(shí)空觀受到了萊布尼茨的挑戰(zhàn)

　　1715年至1716年萊布尼茨（G. W. Leibniz，1646-1716）與牛頓學(xué)派代表人物克拉克（Samuel Clarke，1675-1729）之間展開(kāi)一場(chǎng)影響深遠(yuǎn)的論戰(zhàn)。

　　針對(duì)牛頓的時(shí)空觀，萊布尼茨作了如下反駁：

　　A．有損于上帝的尊嚴(yán)。如果把時(shí)間、空間當(dāng)作絕對(duì)的實(shí)在，那么就意味著時(shí)間、空間可以不依賴于上帝而存在，甚至作為創(chuàng)造一切存在者的上帝也要存在于時(shí)間、空間中。而奧古斯丁早就說(shuō)過(guò)上帝誕生前沒(méi)有時(shí)間和空間。

　　B．違反“充足理由律”。在絕對(duì)的空間中，組成空間的任何部分都是無(wú)差別的，完全同一的，在這種空間中不存在此點(diǎn)和彼點(diǎn)的位置的分別，這就無(wú)法說(shuō)明，存在物在某一個(gè)位置而不在另一個(gè)位置。

　　C．與自然現(xiàn)象背離。宇宙中無(wú)法找到牛頓那樣理想的絕對(duì)空的空間，宇宙中充滿著精細(xì)的物質(zhì)，即使在托利拆利氏管（真空管）中盡管排除了空氣等物質(zhì)，但光仍然進(jìn)入管內(nèi)。

　　克拉克對(duì)萊布尼茨的論點(diǎn)逐一進(jìn)行了反駁，他認(rèn)為：1、牛頓的數(shù)學(xué)原理并沒(méi)有否定上帝的存在，牛頓所說(shuō)時(shí)間、空間是上帝的感覺(jué)器官僅僅是比喻。2、空間和時(shí)間都是實(shí)在的量，而位置和秩序則不是。3、絕對(duì)空的空間不是想象的而是實(shí)在的，在抽空了的容器中，雖然光線和其他物質(zhì)極少量地存在，但因缺乏抵抗力表明那一空間的最大部分是空無(wú)物質(zhì)的。

　　就當(dāng)時(shí)的旁觀者來(lái)看，二人沒(méi)有分出勝負(fù)。以今天的眼光說(shuō)，當(dāng)然是萊布尼茨的觀點(diǎn)具有超前性，而克拉克的回?fù)舳喟胧亲置嫔系�。萊布尼茨認(rèn)為空間是物質(zhì)并存的秩序，而時(shí)間是物質(zhì)持續(xù)的秩序；
沒(méi)有脫離開(kāi)物質(zhì)存在而獨(dú)立存在的時(shí)間和空間；
而牛頓學(xué)派的克拉克竟然認(rèn)為存在絕對(duì)空無(wú)的空間顯然是錯(cuò)誤的。

　　萊布尼茨甚至對(duì)于萬(wàn)有引力定律（近乎完美的方程）進(jìn)行了天才的批評(píng)，他說(shuō)：“假使上帝想使一個(gè)自由物體環(huán)繞著某一固定的中心自己在空中轉(zhuǎn)圈子，而沒(méi)有某種其他被創(chuàng)造物作用于它，我說(shuō)這只有由于奇跡才可能，是用物體的自然本性所不能解釋的。因?yàn)橐粋�(gè)自由物體照自然的方式是要依據(jù)切線方向脫離開(kāi)那曲線的。就因?yàn)槿绱�，我主張真正作為物體的引力乃是奇跡性的東西，是不能用他們的自然本性來(lái)解釋的。[11]”但萊布尼茨的批評(píng)似乎過(guò)頭了，因?yàn)槟撤N意義上他的反駁超出了物理學(xué)的范圍。引力的存在（后來(lái)是愛(ài)因斯坦決定時(shí)-空曲率代替引力場(chǎng)，但時(shí)空曲率何以存在并不與引力場(chǎng)何以存在更少神奇）的確是宇宙中的奇跡，我們至今只知道引力存在，卻不能解釋它何以存在，即存在的原因。太陽(yáng)系從混沌走向秩序使行星繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)的奇跡其實(shí)遠(yuǎn)不如地球產(chǎn)生智慧生命的奇跡更神奇，比起人這架完美的“機(jī)器”，太陽(yáng)系甚至不如鐘表匠制造的鐘表復(fù)雜。宇宙中的復(fù)雜事件——原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)秩序、星系結(jié)構(gòu)的秩序、生命結(jié)構(gòu)的秩序還不能完全還原成四種作用力——引力、電磁力以及弱核力、強(qiáng)核力等物理學(xué)解釋，但宇宙中一切復(fù)雜關(guān)系肯定奠基于這些作用力，或者說(shuō)上帝的意志是由這些作用力來(lái)完成的。

　　當(dāng)時(shí)的旁觀者或許可以對(duì)萊布尼茨問(wèn)：牛頓的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》的時(shí)間和空間是用數(shù)學(xué)方程表征出來(lái)的，而你的時(shí)空觀還停留在玄思階段，你能用數(shù)學(xué)方程表達(dá)那種與存在物不能脫離的時(shí)空一體的時(shí)空觀嗎？萊布尼茨不能回答了，因?yàn)樗��?716年去世了，他與克拉克的爭(zhēng)論因他突然去世而中斷了。用數(shù)學(xué)方程表達(dá)的萊布尼茨時(shí)空是兩百年后由愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論完成的（當(dāng)然比萊布尼茨更完善）。

　　3、愛(ài)因斯坦的相對(duì)論時(shí)-空

　　愛(ài)因斯坦超越牛頓時(shí)空觀的理論是因?yàn)榘�爾伯特·麥克爾遜與愛(ài)得華·莫雷在1887年的著名的實(shí)驗(yàn)。按照當(dāng)時(shí)人們對(duì)于光的理解，光是靠一種被稱為以太的彈性物質(zhì)而傳遞的，就像聲波是靠空氣的震動(dòng)傳遞一樣，根據(jù)這種解釋，對(duì)于不同的觀察者光速是不同的，順著光傳播方向運(yùn)動(dòng)的觀察者將發(fā)現(xiàn)光速變慢，而逆著光傳播方向運(yùn)動(dòng)的觀察者將發(fā)現(xiàn)光速變快。但阿爾伯特·麥克爾遜與愛(ài)得華·莫雷的實(shí)驗(yàn)不支持這種解釋，實(shí)驗(yàn)表明，不管在哪個(gè)方向上多么快速地運(yùn)動(dòng)，光都以相同的速率運(yùn)動(dòng)。在理論與實(shí)驗(yàn)之間的辯論中，實(shí)驗(yàn)應(yīng)該總是勝利者，假如實(shí)驗(yàn)沒(méi)有差錯(cuò)的話。問(wèn)題出在哪里呢？換句話說(shuō)，如何解釋才能與阿爾伯特·麥克爾遜與愛(ài)得華·莫雷的實(shí)驗(yàn)協(xié)調(diào)呢？

　　愛(ài)因斯坦在1905年的論文提出了自己的解釋——一種嶄新的理論：1、物理學(xué)定律在任何慣性系中都是相同的；
2、光速與觀察者所在的慣性系無(wú)關(guān)，光速不變。這個(gè)理論與阿爾伯特·麥克爾遜與愛(ài)得華·莫雷的實(shí)驗(yàn)完全協(xié)調(diào)，拋棄了以太作介質(zhì)傳遞光波的陳舊的理論，這就是愛(ài)因斯坦的狹義相對(duì)論。根據(jù)狹義相對(duì)論就必然動(dòng)搖絕對(duì)時(shí)間的觀念。

　　我們看來(lái)自于史蒂芬·史蒂芬·霍金教授的例子[12]：假如有一個(gè)航天飛機(jī)以五分之四光速掠過(guò)地球，航天飛機(jī)里的物理學(xué)家做實(shí)驗(yàn)，他把一束光脈沖從座艙的一端發(fā)射到另一端并反射回來(lái)。碰巧座艙是透明的，他的實(shí)驗(yàn)被地球上的觀察者也看到了。因?yàn)楹教祜w機(jī)是運(yùn)動(dòng)的，所以航天飛機(jī)里的物理學(xué)家和地球上的觀察者對(duì)于光脈沖在兩端旅行的距離上意見(jiàn)不同。根據(jù)狹義相對(duì)論光速不變?cè)�理，光花費(fèi)在旅途中的時(shí)間在兩個(gè)觀察者也不同，不同觀察者具有不同的時(shí)間。說(shuō)明什么呢？說(shuō)明沒(méi)有絕對(duì)的時(shí)間，所有的時(shí)間都是相對(duì)的。而且光使時(shí)-空聯(lián)姻，時(shí)間、空間不是分離的，時(shí)間、空間都是相對(duì)的。根據(jù)狹義相對(duì)論還有另外三個(gè)推論：運(yùn)動(dòng)物體在其運(yùn)動(dòng)方向上的長(zhǎng)度比靜止時(shí)縮短；
運(yùn)動(dòng)物體的質(zhì)量將隨著運(yùn)動(dòng)速度增加而變大——物體質(zhì)量的相對(duì)性；
物體質(zhì)量與能量的轉(zhuǎn)換滿足嚴(yán)格的數(shù)學(xué)等量關(guān)系。與牛頓力學(xué)相比，狹義相對(duì)論在我們面前呈現(xiàn)出一個(gè)全新的世界。

　　狹義相對(duì)論說(shuō)明時(shí)間、空間、物體質(zhì)量都不是絕對(duì)的，而是相對(duì)的，而且三者是聯(lián)系在一起的。牛頓的時(shí)空觀假設(shè)了宇宙中有無(wú)限快速的精靈傳遞信號(hào)，宇宙被一個(gè)平面完全切割，平面下是絕對(duì)的過(guò)去，平面上是絕對(duì)的未來(lái)（見(jiàn)圖1）。由于宇宙中沒(méi)有這種無(wú)限快速傳遞信號(hào)的精靈，最快傳遞信號(hào)的載體是光（或電磁波），而光和電磁波的傳輸速度是有限的，所以，過(guò)去和未來(lái)，就由觀察者的光錐來(lái)劃分（見(jiàn)圖2，是明可夫斯基根據(jù)狹義相對(duì)論所作的時(shí)-空連續(xù)體）。在我們地球上，由于光速遠(yuǎn)大于地球周長(zhǎng)，光速近似那個(gè)仿佛不花費(fèi)時(shí)間傳遞信息的精靈，地球兩面的人似乎具有同一個(gè)把過(guò)去和未來(lái)截然分割開(kāi)來(lái)的平面。但對(duì)于遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)三十萬(wàn)公里的距離來(lái)說(shuō)，如相互距離10萬(wàn)光年的銀河系里邊緣上的兩個(gè)星球（A、B）上，各自有各自的時(shí)-空連續(xù)體光錐，根本沒(méi)有那種把兩個(gè)星球的過(guò)去和未來(lái)完全分割開(kāi)來(lái)的平面。比如說(shuō)，星球A上的人張先生（假設(shè)該星球有高級(jí)生命人）若給銀河系另一個(gè)星球打電話（手機(jī)），一句“早上好，現(xiàn)在幾點(diǎn)了？”需要電磁波沿著星球A的光錐表面旅行10萬(wàn)年時(shí)間后，另一星球B上的人李先生才能聽(tīng)到，例如李先生回答說(shuō)：“現(xiàn)在晚上10點(diǎn)”，電磁波又沿著星球B的時(shí)-空連續(xù)體光錐表面旅行，經(jīng)過(guò)10萬(wàn)年才到達(dá)星球A，假設(shè)張先生的手機(jī)沒(méi)有損壞，那么，接電話的人肯定不是張先生了，因?yàn)榇藭r(shí)張先生已經(jīng)在他所在的星球A去世了整好20萬(wàn)年。星球A與星球B上的人所說(shuō)的“現(xiàn)在”只對(duì)他們各自的時(shí)-空連續(xù)體光錐有意義，星球A張先生的“現(xiàn)在幾點(diǎn)”的“現(xiàn)在”和星球B上李先生的“現(xiàn)在晚上10點(diǎn)”的“現(xiàn)在”根本不是一個(gè)“現(xiàn)在”。宇宙中根本沒(méi)有牛頓那樣的同一個(gè)“現(xiàn)在”，當(dāng)然也沒(méi)有被同一個(gè)“現(xiàn)在”平面所分割的“過(guò)去”和“未來(lái)”。

　　如果說(shuō)狹義相對(duì)論是根據(jù)實(shí)驗(yàn)觀察而獲得的必然性結(jié)論，但廣義相對(duì)論則來(lái)自于愛(ài)因斯坦天才的思辨理性，愛(ài)因斯坦因此改變了人們對(duì)于時(shí)空性質(zhì)的看法。他是如何完成這一革命性理論的呢？

　　狹義相對(duì)論的光速不變?cè)�理在解釋阿爾伯特·麥克爾遜與愛(ài)得華·莫雷的實(shí)驗(yàn)獲得成功，但是與牛頓的引力論不相容。在牛頓的引力論中，引力的傳播速度是無(wú)限的，就是說(shuō)某個(gè)星體的位置變化所造成的引力變化立即傳播到宇宙的任何一個(gè)角落。引力的傳播顯然超越光速，這意味著同時(shí)性可以是絕對(duì)的，這與狹義相對(duì)論的時(shí)間相對(duì)性是相背離的。愛(ài)因斯坦意識(shí)到牛頓力學(xué)存在根本性的缺陷。

　　愛(ài)因斯坦解決狹義相對(duì)論與牛頓引力論的不協(xié)調(diào)是從物體運(yùn)動(dòng)的等效性開(kāi)始的。在升降機(jī)里的乘客不能區(qū)別這樣兩種情況：第一種，在地球引力作用下；
第二種，在沒(méi)有引力作用的太空中，但受到與引力方向相反、大小相等的推力。即二者具有等效性。同樣，蘋果落地，即蘋果向地球運(yùn)動(dòng)情況，與蘋果不動(dòng)而是地球向蘋果加速運(yùn)動(dòng)情況等效。愛(ài)因斯坦的靈感來(lái)自于等效的方向性，如果大地是一塊平面，沒(méi)有方向性問(wèn)題�？墒堑厍蚴菆A形的，在地球相對(duì)的兩面兩個(gè)蘋果落地，地球必須被相反方向的力加速才能使二者獲得等效性，而這顯然是矛盾的。這使愛(ài)因斯坦意識(shí)到時(shí)空幾何可能是彎曲的，如果是彎曲的時(shí)空則矛盾將解決。這種時(shí)空彎曲的幾何是黎曼的理論，可是黎曼大概從未沒(méi)有想過(guò)自己的幾何學(xué)和現(xiàn)實(shí)世界有什么關(guān)系，愛(ài)因斯坦使黎曼幾何與宇宙時(shí)空發(fā)生了聯(lián)系，1915年愛(ài)因斯坦找到了描述這種彎曲時(shí)空的廣義相對(duì)論方程。

　　愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論不是把牛頓的引力取消了，而是認(rèn)為物質(zhì)的分布狀況使四維時(shí)空變的不均勻而產(chǎn)生了引力場(chǎng)，當(dāng)然也可以說(shuō)是引力場(chǎng)使時(shí)空變的彎曲。愛(ài)因斯坦通過(guò)引力場(chǎng)與彎曲的時(shí)空相聯(lián)系的廣義相對(duì)論方程表明了物質(zhì)與四維時(shí)空的聯(lián)系。那么，沒(méi)有引力場(chǎng)作用的時(shí)空是否就平坦了呢？回答是沒(méi)有引力場(chǎng)就意味著沒(méi)有物質(zhì)，沒(méi)有物質(zhì)也就沒(méi)有了時(shí)空，沒(méi)有時(shí)空又何談時(shí)空的平坦不平坦呢。不過(guò)相對(duì)來(lái)說(shuō)在物質(zhì)分布稀疏的空間比物質(zhì)分布較稠密的空間時(shí)空彎曲的程度要小一些。比如在物質(zhì)分布特別稠密的地方如黑洞的視界內(nèi)部（黑洞濃縮成了質(zhì)點(diǎn)）和周圍，時(shí)空已經(jīng)彎曲成幾乎是閉合環(huán)了，在黑洞視界內(nèi)部鐘表似乎停止了擺動(dòng)（當(dāng)然鐘表是不可能在黑洞里面“生存”的，任何物質(zhì)不幸落到黑洞視界內(nèi)都將被擠壓成無(wú)限稠密的質(zhì)點(diǎn)形態(tài)）。當(dāng)然，史蒂芬·霍金教授認(rèn)為黑洞不是全“黑”的，它向外界輻射能量，可見(jiàn)變化依然存在，因此時(shí)間存在，只是時(shí)間的“流速”十分地緩慢，黑洞的命運(yùn)是慢慢地通過(guò)輻射徹底蒸發(fā)掉（那是太漫長(zhǎng)的時(shí)間）。

　　根據(jù)廣義相對(duì)論方程，史蒂芬·霍金與羅杰·彭羅斯發(fā)現(xiàn)了廣義相對(duì)論方程的一個(gè)解，膨脹宇宙在當(dāng)初必然非常緊密，即宇宙存在一個(gè)時(shí)-空奇點(diǎn)。宇宙時(shí)-空不再是無(wú)限的了，盡管我們現(xiàn)在還不完全知道宇宙以何種方式終結(jié)（霍金認(rèn)為宇宙在膨脹到最大后將收縮，最終將終結(jié)于大擠壓而收縮到質(zhì)點(diǎn)；
也有論者認(rèn)為宇宙將終結(jié)于熵值最大化的熱寂狀態(tài)），但我們已經(jīng)知道宇宙肯定有一個(gè)開(kāi)始，即宇宙奇點(diǎn)，在宇宙大爆炸開(kāi)始后時(shí)間-空間才隨即產(chǎn)生，也就是說(shuō)在大爆炸“前”不存在時(shí)間和空間，上帝手表絕對(duì)地靜止不動(dòng)，那里時(shí)間是靜止的，或者說(shuō)時(shí)間不存在，空間當(dāng)然也不存在，物質(zhì)也不存在�！�—但神奇的“無(wú)”何以生“有”，我們只能把原因歸結(jié)到上帝，是上帝的第一推動(dòng)使從絕對(duì)的無(wú)（正/反粒子絕對(duì)中和的狀態(tài)，泡利不相容原理無(wú)效）大爆炸為有�！�—這種解釋顯然還不完善。

　　愛(ài)因斯坦的狹義相對(duì)論沒(méi)有引力場(chǎng)存在，時(shí)-空是理想的平坦時(shí)空；
而廣義相對(duì)論把時(shí)間、空間、引力結(jié)合在一個(gè)方程內(nèi)，時(shí)空因引力場(chǎng)的變化不再是平坦的，而是時(shí)而鼓脹時(shí)而凹陷（想象一下丘陵和盆地），時(shí)-空是彎曲的，廣義相對(duì)論比狹義相對(duì)論更真實(shí)地描述的宇宙時(shí)-空�？臻g的彎曲已經(jīng)在1919年被愛(ài)丁頓領(lǐng)導(dǎo)的觀測(cè)小組通過(guò)引力場(chǎng)折彎光線所證實(shí)，時(shí)-空的彎曲當(dāng)然不是單指空間的彎曲，而是時(shí)間也是彎曲的。在狹義相對(duì)論中我們知道物體的運(yùn)動(dòng)速度決定了它本身時(shí)間流速的快慢；
在廣義相對(duì)論中引力照樣能改變時(shí)間的流速。時(shí)間因引力場(chǎng)的變化而彎曲表現(xiàn)在引力場(chǎng)對(duì)時(shí)鐘的影響，引力越強(qiáng)，時(shí)間流速越慢。由于地球引力不是特別大（相對(duì)于大的恒星而言），時(shí)間流速在不同高度生活的人的不同不會(huì)明顯表現(xiàn)出來(lái)，(點(diǎn)擊此處閱讀下一頁(yè))

　　例如看不出住高層樓的人比住一層樓的人老的快。但如果有精靈住在黑洞表面的高樓上居住，一樓的精靈將比高層樓的精靈保持更長(zhǎng)的青春。

　　為了形象說(shuō)明時(shí)-空彎曲，科學(xué)家“時(shí)間機(jī)器”來(lái)表征某種存在物甚至可以旅行到過(guò)去。那么這是否意味著一個(gè)孩子在出生前就能殺死他的祖父（這是有名的“祖父悖論”）呢？當(dāng)然不可能，那么“時(shí)間機(jī)器”豈不是荒誕不經(jīng)嗎！非也。實(shí)際上“時(shí)間機(jī)器”的設(shè)想是建立在廣義相對(duì)論和量子力學(xué)基礎(chǔ)上的，因此非但不荒誕而且是恰當(dāng)?shù)卣f(shuō)明了時(shí)-空彎曲理論所導(dǎo)致的必然結(jié)果。只是對(duì)于生物人這樣大的高分子有機(jī)體試圖通過(guò)時(shí)間機(jī)器旅行到過(guò)去或旅行到將來(lái)顯得荒誕，這是因?yàn)椋旱谝�，我們�(nèi)祟悅�(gè)體不可能像光子那樣快地運(yùn)動(dòng)，更不能超光速運(yùn)動(dòng)，所以根據(jù)狹義相對(duì)論要想讓時(shí)光在自己身上流的慢些成本太高（乘高速飛船）而收獲太��；
第二，根據(jù)廣義相對(duì)論，在引力巨大的地方時(shí)間流速十分緩慢，只有在黑洞邊緣才有這樣大的時(shí)間曲率，而我們的精神不能脫離肉體而存在，所以不能像想象中的精靈那樣生活在連原子都無(wú)法生存的黑洞邊緣以便使青春永駐。人類是在時(shí)空曲率相對(duì)小的地球上進(jìn)化來(lái)的，不適合曲率大的地方生存，或者以人擇原理而論，在曲率過(guò)大的時(shí)空中不能進(jìn)化出人類這樣的生命。根據(jù)費(fèi)因曼的歷史求和理論，粒子在時(shí)間中有往回走的歷史，然而遺憾的是粒子并不知道它可以提前殺死它的祖父。如果某個(gè)科普作家寫(xiě)了一篇描述粒子精靈的科學(xué)幻想小說(shuō)，你應(yīng)該意識(shí)到這粒子精靈旅行到過(guò)去不是幻想，只有粒子精靈說(shuō)話、思維的能力才識(shí)幻想，當(dāng)你區(qū)分了科學(xué)和幻想的差別，你就不會(huì)把把粒子精靈置換成你自己（生物人）了，你也就能夠領(lǐng)略科普作家把抽象的物理方程所表明的道理轉(zhuǎn)化成你感興趣的故事情節(jié)的初衷了。

　　4、量子力學(xué)的微觀時(shí)-空

　　愛(ài)因斯坦用引力場(chǎng)和彎曲的時(shí)空取代了牛頓不需花時(shí)間傳遞的萬(wàn)有引力，物理學(xué)實(shí)現(xiàn)了一次空前的綜合，可以說(shuō)宏觀的時(shí)空趨向于完善。愛(ài)因斯坦還想進(jìn)行更高的綜合，把電磁場(chǎng)和引力場(chǎng)綜合成更普遍的理論——建立統(tǒng)一場(chǎng)論，但這個(gè)設(shè)想沒(méi)有成功。與此同時(shí)，丹麥物理學(xué)家尼爾斯·玻爾在解釋氫原子的原子結(jié)構(gòu)——電子在不同的軌道圍繞原子核運(yùn)動(dòng)獲得成功后，在解釋更復(fù)雜的原子內(nèi)部電子的運(yùn)動(dòng)時(shí)遇到了無(wú)法克服的困難。正像科學(xué)史家W·C·丹皮爾比喻說(shuō)，通過(guò)一個(gè)鐘表的指針的運(yùn)動(dòng)我們可以設(shè)想一套齒輪，也可以設(shè)想另一套齒輪，至于哪個(gè)設(shè)想更好，我們只能說(shuō)看哪套設(shè)想與指針運(yùn)動(dòng)更好地符合。在較復(fù)雜的原子，薛定諤方程能求得頻率的正確數(shù)目以解釋其光譜現(xiàn)象，說(shuō)明量子力學(xué)比玻爾原子理論完備�，F(xiàn)在看來(lái)玻爾的失敗在于他的原子模型過(guò)多地利用了經(jīng)典理論，他將原子核和圍繞原子核轉(zhuǎn)動(dòng)的電子看成了一個(gè)微縮的小太陽(yáng)系，玻爾當(dāng)時(shí)還不可能認(rèn)識(shí)到微觀世界的時(shí)-空結(jié)構(gòu)與宏觀世界是完全不同的。海森堡、玻恩、約爾丹、狄拉克、德布羅意和薛定諤等人的研究表明，物質(zhì)微粒的運(yùn)動(dòng)不是牛頓的剛體的運(yùn)動(dòng)，而是一定意義的波動(dòng)。但量子的波動(dòng)又不同于我們宏觀世界依靠介質(zhì)傳遞的聲波、水波之類，而是德布羅意所謂的物質(zhì)波。對(duì)于物質(zhì)波，我們不能用形象描述，我們也無(wú)法對(duì)它的運(yùn)動(dòng)直觀，量子運(yùn)動(dòng)已經(jīng)達(dá)到了我們感覺(jué)的極限，如果我們?cè)噲D看到量子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，我們必須用光照射它們，而光照射就干擾了它們的運(yùn)動(dòng)，因?yàn)橛脕?lái)照射的光本身就是物質(zhì)波�？茖W(xué)家盡管盡可能地不使自己的觀察手段影響被觀察的對(duì)象，然科學(xué)家所建立的理論不可能不與他們觀察的方式無(wú)關(guān)。當(dāng)輻射被當(dāng)作能量流時(shí)，起初以為能量流可以被任意地分割，就像水管噴出的水流可以任意地分成部分一樣，但普朗克的研究表明，能量流不是可以任意分割的，輻射不是連續(xù)的，而是以一定的單位（以普朗克恒量）一份一份地進(jìn)行，就像水流分到水分子不能再進(jìn)行物理分割一樣，這使我們回憶起牛頓的剛體小球。能量的這種量子化又在另一種觀察中嚴(yán)格區(qū)別于剛體小球，德布羅意的理論表明，電子的運(yùn)動(dòng)伴隨著一系列的波動(dòng)，他的理論被喬治·湯姆生所證實(shí)，喬治·湯姆生以一束電子通過(guò)極薄的金屬片，產(chǎn)生了波所特有的衍射條紋，電子的波動(dòng)性是毫無(wú)疑問(wèn)的。只是電子的波長(zhǎng)很短，是可見(jiàn)光波長(zhǎng)的百萬(wàn)分之一[13]。電子的波動(dòng)性被實(shí)驗(yàn)所證實(shí)使我們產(chǎn)生了用波動(dòng)看待宏觀世界的視角，牛頓的剛體在高速運(yùn)動(dòng)中也必然存在一定的波動(dòng)，我們甚至可以說(shuō)像月球這樣大的天體也存在一定的波動(dòng)，只是其波長(zhǎng)趨近于無(wú)限小罷了。

　　量子力學(xué)的測(cè)不準(zhǔn)原理使我們進(jìn)一步理解了時(shí)間-空間與物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的不可分。愛(ài)因斯坦相對(duì)論彎曲的時(shí)空賦予時(shí)-空以結(jié)構(gòu)，引力場(chǎng)作為時(shí)-空的性質(zhì)被表征。如果說(shuō)因電磁場(chǎng)變化產(chǎn)生的電磁波是物質(zhì)波，所以變化的電磁場(chǎng)當(dāng)然是物質(zhì)的形式，那么引起時(shí)空結(jié)構(gòu)不均勻的引力場(chǎng)是否也是物質(zhì)形式呢？起碼賦予引力場(chǎng)物質(zhì)形式的所謂引力子還沒(méi)有像我們熟悉的基本粒子那樣被測(cè)量到，況且具有質(zhì)量的空間以太概念早就被愛(ài)因斯坦的理論揚(yáng)棄了�；艚鹫J(rèn)為，引力場(chǎng)表征了負(fù)能量，因?yàn)橐�拉開(kāi)兩個(gè)相距很近的物體要克服引力場(chǎng)而消耗能量，根據(jù)質(zhì)能轉(zhuǎn)換方程，兩個(gè)相距遙遠(yuǎn)的物體（如星體）比他們接近時(shí)有更多的質(zhì)量，多出來(lái)的質(zhì)量正好等于引力場(chǎng)增多的負(fù)能量。引力場(chǎng)不同于電磁場(chǎng)，二者的物質(zhì)形式似存在本質(zhì)的區(qū)別，而引力波像電磁波一樣以光速傳播說(shuō)明二者也不是沒(méi)有共性�？梢钥隙ǖ氖�，電磁場(chǎng)和引力場(chǎng)充斥著整個(gè)宇宙，所以宇宙不存在絕對(duì)空的空間。把相對(duì)論和量子力學(xué)統(tǒng)一起來(lái)的量子引力論還有待完善，但把相對(duì)論和量子力學(xué)相結(jié)合已成為現(xiàn)代物理學(xué)發(fā)展的突破點(diǎn)。如果有人說(shuō)宇宙中存在絕對(duì)空無(wú)的質(zhì)點(diǎn)，這就意味著他能準(zhǔn)確地知道這個(gè)質(zhì)點(diǎn)在宇宙中的準(zhǔn)確位置，在這個(gè)質(zhì)點(diǎn)上動(dòng)量為零，但這將與測(cè)不準(zhǔn)原理相沖突。所以宇宙中不存在任何一個(gè)這樣的質(zhì)點(diǎn)——其位置測(cè)得準(zhǔn)并且動(dòng)量為零。只有在絕對(duì)空的地方時(shí)間才是絕對(duì)停止流動(dòng)的，既然宇宙沒(méi)有絕對(duì)空的空間，當(dāng)然也就沒(méi)有時(shí)間停止流動(dòng)（即不存在時(shí)間）的地方（宇宙大爆炸開(kāi)始的奇點(diǎn)除外）。宇宙不存在絕對(duì)空無(wú)的真空，時(shí)空都是物質(zhì)的時(shí)空——場(chǎng)（引力場(chǎng)、電磁場(chǎng)等）的時(shí)空，或者說(shuō)所謂“真空”只不過(guò)是物質(zhì)的一種形態(tài)。如果說(shuō)克拉克反駁在萊布尼茨說(shuō)——充滿宇宙物質(zhì)的精細(xì)物質(zhì)微粒間依然存在一些細(xì)小的絕對(duì)空的空隙，那么量子力學(xué)則表明，宇宙中絕對(duì)不存在這樣的空隙。

　　（三）

　　我們現(xiàn)在總結(jié)回答上面論述的可能產(chǎn)生的疑問(wèn)：

　　問(wèn)題（一）：可是牛頓并沒(méi)有錯(cuò)啊，我們?nèi)匀挥门ｎD力學(xué)計(jì)算物體運(yùn)動(dòng)，如人造衛(wèi)星軌道計(jì)算運(yùn)用牛頓力學(xué)非常準(zhǔn)確。怎么能說(shuō)他的時(shí)空觀錯(cuò)誤呢？

　　“錯(cuò)誤”和“正確”永遠(yuǎn)是相對(duì)性的，只能說(shuō)愛(ài)因斯坦的時(shí)空觀比牛頓的時(shí)空觀更具有普遍性。舉例來(lái)說(shuō)，把大地看成平面和把大地看成弧面，前者當(dāng)然是錯(cuò)誤的，而后者是正確的。但我們具體設(shè)計(jì)房屋還是把大地當(dāng)平面看，這種把大地作平面看的“錯(cuò)誤”與我們把大地作弧面看的“正確”所造成的誤差比細(xì)菌的身長(zhǎng)還小的多，遠(yuǎn)小于我們測(cè)量工具帶來(lái)的誤差，所以，在實(shí)際運(yùn)用中如設(shè)計(jì)房屋之類，把大地看成平面又是“正確”的（盡管的確是根據(jù)錯(cuò)誤的世界觀）。這樣做更經(jīng)濟(jì)和有效率，而作弧面算法將非常復(fù)雜，沒(méi)有實(shí)際意義。同樣，愛(ài)因斯坦的相對(duì)論的運(yùn)用方面，當(dāng)物體在遠(yuǎn)小于光速的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)則相對(duì)論方程可以簡(jiǎn)化為牛頓的運(yùn)動(dòng)方程。比如說(shuō)，按相對(duì)論原理，我們奔跑時(shí)與靜坐時(shí)相比，我們身體的質(zhì)量會(huì)增加，但因?yàn)楸寂艿乃俣扰c光速比非常微小，我們因奔跑而增加的質(zhì)量比我們身上的任何一粒微塵都小得多，這遠(yuǎn)比風(fēng)吹在我們身體上落上的塵埃微不足道，自然可把質(zhì)量看作是與運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)的量，盡管這顯然是錯(cuò)誤的世界觀，因物質(zhì)不是與運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)的，但由此“錯(cuò)誤”世界觀所帶來(lái)的誤差因?yàn)樘�小，可以忽略不�?jì)，所以是“正確”的。人造衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)速度比我們奔跑的速度要快的多，但相對(duì)光速卻是非常慢的，所以計(jì)算人造地球衛(wèi)星的軌道使用牛頓定律不會(huì)造成預(yù)想之外的誤差。當(dāng)物質(zhì)高速運(yùn)動(dòng)（與光速可比）在大的時(shí)空中，相對(duì)論效應(yīng)就會(huì)變得大起來(lái)，依照牛頓力學(xué)計(jì)算就是錯(cuò)誤的了。我們能夠根據(jù)相對(duì)論能推演出牛頓力學(xué)，但根據(jù)牛頓力學(xué)無(wú)論如何推演不出相對(duì)論。所以愛(ài)因斯坦相對(duì)論時(shí)空觀是比牛頓力學(xué)時(shí)空觀更高級(jí)和更普遍的形態(tài)。

　　需要說(shuō)明的是，即使不理解相對(duì)論的時(shí)空觀對(duì)于地球人的倫常生活也沒(méi)有什么影響，愛(ài)因斯坦誕生以前，或者更早，萊布尼茨誕生以前人類生活沒(méi)有因?yàn)槭澜缬^的“錯(cuò)誤”而發(fā)生什么不愉快的事件。對(duì)于我們善良的祖母來(lái)說(shuō)，她實(shí)在不需追究時(shí)-空的相對(duì)論意義，她知道公雞打鳴就起床（時(shí)間），懂得鞋子必須按腳的大小去做（空間）就足夠了。

　　問(wèn)題（二）：《睡美人》里城堡靜止的時(shí)間和湖泊里沒(méi)有魚(yú)的水空間為什么不能存在呢？

　　這個(gè)問(wèn)題的核心是——為什么時(shí)-空不能脫離物質(zhì)運(yùn)動(dòng)而單獨(dú)存在。在《睡美人》的城堡里，當(dāng)公主酣睡百年時(shí)時(shí)間靜止了，此時(shí)城堡里的任何物品、人都依然存在——這是不可能的。如果時(shí)間真的靜止了，那意味著什么情況發(fā)生呢？意味著組成城堡里的任何物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)就停止了。這種靜止不是這樣的靜止：劈柴人舉著手斧停止在半空，飛鳥(niǎo)懸在天上，河水停止了流動(dòng)。而是這樣的情況：組成城堡里的所有人、物的原子內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)也停止了。電子將吸附在原子核上，而原子核很小，組成物質(zhì)的原子的體積大部分是被電子的波動(dòng)填滿的，電子停止運(yùn)動(dòng)將意味著原子的崩塌，整個(gè)城堡會(huì)頃刻變得像米粒那樣小。而且崩塌還沒(méi)有完，因?yàn)榻M成原子核的質(zhì)子和中子的相對(duì)運(yùn)動(dòng)也停止了，質(zhì)子（正電荷已經(jīng)被電子抵消）、中子內(nèi)部的微粒也停止運(yùn)動(dòng)等等，總之如果運(yùn)動(dòng)停止，組成城堡的物質(zhì)就崩塌下去直到徹底消失了。時(shí)間停止意味著運(yùn)動(dòng)消失，而運(yùn)動(dòng)消失則意味著物質(zhì)消失。

　　——當(dāng)然這一切都沒(méi)有真實(shí)發(fā)生，因?yàn)闆](méi)有任何城堡的時(shí)間停止。在我們目前的宇宙沒(méi)有時(shí)間靜止的地方，即使黑洞內(nèi)部，存在著緩慢流動(dòng)的時(shí)間。關(guān)于把湖泊的水比喻為空間，把魚(yú)比喻為物體，如果魚(yú)（物質(zhì)）被漁夫撈光了，水（空間）還在嗎？讓我引用愛(ài)因斯坦在某次關(guān)于相對(duì)論講演中所說(shuō)的話吧：如果宇宙中的所有星體都忽然從宇宙中消失了，女士們，先生們，你們認(rèn)為時(shí)間、空間還存在嗎？我告訴你們，不存在了，時(shí)間、空間也都消失了。

　　問(wèn)題（三）：阿基里斯能否追上烏龜？

　　這是古希臘哲學(xué)家芝諾提出的關(guān)于時(shí)-空的古老的也是最具有現(xiàn)代意義的問(wèn)題，芝諾的問(wèn)題第一次對(duì)于人類想當(dāng)然的空間無(wú)限可分性提出了質(zhì)疑。阿基里斯（飛毛腿）想追上在他前面爬行的烏龜，盡管阿基里斯比烏龜跑的快但他將永遠(yuǎn)追不上烏龜。原因是這樣的——芝諾以這樣的方式提問(wèn)題：阿基里斯要想追上烏龜，他必須先到達(dá)烏龜剛才（阿基里斯開(kāi)始追烏龜?shù)臅r(shí)刻）的地點(diǎn)，當(dāng)阿基里斯到達(dá)這個(gè)地點(diǎn)，烏龜又走了一段距離。此時(shí)，阿基里斯和烏龜?shù)木嚯x縮短了，但烏龜還是在阿基里斯前面。阿基里斯繼續(xù)追烏龜，他還必須先到達(dá)烏龜剛才（阿基里斯第二次追烏龜?shù)臅r(shí)刻，當(dāng)然所謂“第二次”是為敘述方便，阿基里斯的奔跑是連貫的，烏龜?shù)男凶咭彩沁B貫的）的地點(diǎn)，在阿基里斯到達(dá)這個(gè)地點(diǎn)的時(shí)間內(nèi)，烏龜又向前走了一段，盡管這一次阿基里斯與烏龜?shù)木嚯x更近了，但烏龜還是在阿基里斯前面。以至無(wú)窮地追趕，盡管阿基里斯無(wú)限地接近。

　　芝諾的問(wèn)題涉及到經(jīng)典時(shí)空觀的根基問(wèn)題，按照經(jīng)典時(shí)空觀，時(shí)間、空間無(wú)限可分，芝諾佯謬就無(wú)法克服。直線無(wú)限可分那就必然導(dǎo)致不僅阿幾里斯不能追上烏龜，而且再快的飛行器也追不上烏龜。問(wèn)題在哪里？中國(guó)先秦哲人早就知道：“一尺之捶，日取其半，雖萬(wàn)世不竭”。然而這種空間觀只是理想的空間，而宇宙中真實(shí)的空間不是無(wú)限可分的。

　　根據(jù)量子力學(xué)真空態(tài)只是物質(zhì)的一種特殊形態(tài)，宇宙中的任何一點(diǎn)都不能是絕對(duì)的空無(wú)，如果絕對(duì)為空無(wú)將導(dǎo)致與測(cè)不準(zhǔn)原理不協(xié)調(diào)。超弦/M理論認(rèn)為空間是量子化的，一維空間（線）、二維空間（面）、三維空間（體積）都是量子化的。線在超弦理論被稱為弦，弦的量子線度是10-33厘米，面積量子是10-66平方厘米，三維體積量子為10-99立方厘米[14]。

　　由于空間不是無(wú)限可分的，所以當(dāng)阿基里斯追至雙方接近到10-33厘米，不容烏龜再走比10-33厘米更小的一步，就是說(shuō)阿基里斯不必先到達(dá)10-33厘米一半的地方，因?yàn)榭臻g中沒(méi)有這樣的地方，而是到達(dá)整數(shù)倍（起碼1倍即等于）10-33厘米處，阿基里斯終于可以超過(guò)烏龜了。

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　　[1] 有關(guān)歐幾里德幾何、黎曼幾何、巴羅切夫斯基幾何三個(gè)邏輯系統(tǒng)的關(guān)系，請(qǐng)參閱[美]歐內(nèi)斯特《科學(xué)的結(jié)構(gòu)》，上海譯文出版社（徐向東譯）第278頁(yè)第九章《幾何學(xué)和物理學(xué)·一、可能的幾何學(xué)及其相互關(guān)系》。

　　[2] 史蒂芬·霍金著《果殼中的宇宙》，湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2001年版，139頁(yè)。

　　[3] H.Helmholtz，《Popular Lectures on Scientific Subjects》，Eng. trans. E. Atkinson，London，1873，p. 5.

　　[4] 見(jiàn)李白《春夜宴桃李園序》，逆旅，即旅店、客舍。

　　[5] H.Helmholtz，《Popular Lectures on Scientific Subjects》，Eng. trans. E. Atkinson，London，1873，p. 33.

　　[6] 約翰-皮爾·盧米涅著《黑洞》，湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2003年版，25頁(yè)。

　　[7] 參閱[英]W.C.丹皮爾著《科學(xué)史及其與哲學(xué)和宗教的關(guān)系》，商務(wù)印書(shū)館，1997年版，526~529頁(yè)。

　　[8] 見(jiàn)[德]莫里茨·石里克著《自然哲學(xué)》，商務(wù)印書(shū)館，1989年版，93~95頁(yè)。

　　[9] A.S.Eddington，《The Nature of the Physical World》，Cambridge，1928，p.220.

　　[10] 見(jiàn)《愛(ài)因斯坦晚年論文集》，海南出版社，2000年版。94~105頁(yè)《理論物理學(xué)的基礎(chǔ)》。

　　[11] 見(jiàn)《萊布尼茨與克拉克論戰(zhàn)書(shū)信集》，武漢大學(xué)出版社，1983年版，第32頁(yè)。

　　[12] 史蒂芬·霍金著《果殼中的宇宙》，湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2001年版，11頁(yè)。

　　[13] G.P.Thomson，Proc. Roy. soc. A CXVⅡ，1928，p.600.

　　[14] 薛曉舟《超弦/M理論真空及其哲學(xué)問(wèn)題》，載《自然辯證法研究》（2003年，第二期），中國(guó)自然辯證法研究會(huì)出版，4頁(yè)。薛曉舟該文關(guān)于時(shí)空量子化的數(shù)據(jù)來(lái)源于：J Madore. An introduction to noncommutative differential geometry and its physical applications[M].Cambridge University Press,1995.

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