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时间与空间的哲学问题——经验内外的时空

匣中虎2019-05-12 19:13:12




从没有时间和空间两个词语曾如此具备永恒的概念,毋宁说永恒的概念便是绽放在此二者之上的一朵朦胧的花。但矛盾早就深藏其中,时空的概念终究是在经验中定义,又反过来形成经验本身,我们实际的谈到某事某物,必须率先许诺时间和空间的定义,自然的将之先一步放置在时空的概念之中,当我们转而单纯的考察时间或空间这两个概念,却又必须依靠时空之外的“其他存在物”来予以规定。


所以智者早有预料永恒之花的隐去,栽种它的花盆和土壤——经验中的时空的观念被打破了,我们的观察尺度越是扩展,“时间”与“空间”的概念就愈发的变得虚幻,现代人亟待重新对这两个词进行清洗,使这长久根植与人类心底最为基础的两个概念重新得到确证,使人类的观念世界从新得到确证,从而进一步使现实世界得到确证。这当然是哲学家和科学家要考察的问题。我所能做的不过是在此文中简单的将现代人们发掘出的有关时空的困境做一个描述,归纳自己粗略的认识,并分享给所有阅读这篇文字的人。

 

展现合理的宇宙


要将时空的关系以及其面临的困境厘清,首先介绍一下我们所生活的这个宇宙是很有必要的,因为不管这么讲,我们想要认识的、试图定义的那个极具趣味的“时间”、“空间”的概念,归根结底不过是宇宙合理的展现。


说起“我们身处的世界”,相信几乎所有的人都曾对此有所好奇,并产生试图探究的欲望,故老相传的神话故事、浪漫的诗歌文化创作对此作了许多想象。直到90年代第一代哈勃太空望远镜被发射至地外轨道,整个宇宙这才真正的、愈来愈清晰的展现于世人的眼中,也就是近二十年来,我们总算对身处的宇宙有了直观的、相对正确的一个认识。


科学工作者们可以相当自信的告诉我们,我们所在的宇宙拥有138亿年左右(137.98±0.37)的古老年龄,要是谈起大小,倒是不那么确定,不过他们还是能根据事实告诉我们,目前可观测宇宙的半径大小约在460亿光年左右。


第一个麻烦似乎已经呼之欲出了。假使我们的宇宙如同科学研究者们所说从宇宙大爆炸中而来,假使就像我们的科学研究者所说,宇宙中最大的速度是光的速度,假使宇宙确实至今只有138亿年的年龄,何以宇宙的大小居然比138亿光年要更大?假使可观察宇宙确实有460亿光年的大小,我们是如何在第138个亿年就捕捉到了距离我们有460亿光年之遥远的光线?


一个简单的计算。


已知哈勃常数=67.80±0.77km/s/MPC


3.26光年(linght-years=1 parsecpc秒差距)=3.085*10161MPC=326ly


该常数代表每增大1MPC的距离星系远离我们的速度增加6.78*104m/s,即距离观测者326万光年的星系正以6.78*104m/s的速度远离。


那么现在距离我们138亿光年的星系正以:6.78*104*(13.8/3.26)*103=2.87*108m/s的速度远离。


距离我们460亿光年的星系正以:6.78*104*(46/3.26)*103=9.57*108m/s的速度远离。


这个速度远大于光速c=2.998*108m/s


现实答案好像把问题解决了,宇宙之所以比这么多年来光跑过的距离更大,是因为宇宙膨胀的速度远大于光的速度。但这似乎又带来了新的问题。光速不是宇宙中最大的速度吗?


是的,光的速度是宇宙中最快的速度,这一点概念至今你仍可以确信无疑。之所以出现现在这种状况,完全是因为人类的经验欺骗了自己。


你对速度这一概念的理解限于过往的经验中,你对时空的认识限于过去的经验中,那么你在认识上自然就不可避免的陷入了困境。在这里需要你纠正一点过去对速度的认识,这有助于我们更好的理解这个奇妙的时空——相对论中“速度”是局域概念不适用于大尺度,为何如此?我们将上面的计算用言语来做一个概括:宇宙的膨胀,膨胀的是宇宙的测度,而不是星体的远离。


试图将宇宙想象成一个气球,而地球和我们观测到的某个星体分别是点在气球表面的两个点,当你把气球吹涨,这两个点相互远离了,同时,这两个点还呆在他们原来的位置,两个点本身并没有移动。


所以你可以想象,在一个膨胀的宇宙中,我们看到的那些138亿年前被发射出来的古老的光,它们并非在我们今天所观测到的138亿光年的位置所诞生的,那些138亿年前发射出光子的物质已经远离我们而去,而且远大于460亿光年。事实上现在可观测宇宙的半径最外延距离我们460亿光年的天体在他们诞生之前,发出光子奔向地球的时候,距离我们大概仅在4200万光年的距离。


以上的说明代表着,如果相对空间分离的速度超过光速,即意味着一点发出的光速永远到达不了另一点。是的恰如人世间的每一场分离一样,宇宙所展现的分离,从来都比光速都要快,以数字的方式无情揭示出你我的距离是无止境的增加的,除了已经落到我们视线中的光,远去的永不可追逐。


科学研究者通过推测和计算得出结论,未来宇宙的可见极限半径大概是620亿光年,那么这是宇宙的大小吗?还很难讲,我们甚至说不出宇宙是个什么形状,宇宙到底是什么摸样的我们至今仍不知道,甚至可能永远也无法知道,如果宇宙是有限而无界的,显然我们观测到的数值是大于宇宙实际大小的。

 

空间确定性的丧失


什么是空间?很多人可能会回答:长、宽、高。简而言之一个由长度单位度量的某种东西。或者一个定位,一个装着所有我们熟识物质的空阔的盒子。


只要稍微认识一下爱因斯坦提出的尺缩效应,我们就会惊讶的发觉,我等曾经对长度的认识是如此片面。


超越空间,使这个概念变得虚幻起来的最经典的认识来自量子纠缠现象。它启发我们转过头来从新认识到底什么是空间。


牛顿以及过去很多科学研究者告诉我们,空间是一个盒子,物质放置其中,这种看法容易理解,但显然是不太正确的。爱因斯坦及其以后的大部分科学研究者告诉我们,空间就是物质本身,它会弯曲、变形。


虽然这同样无法对量子纠缠现象中信息的超光速传递作出解释,空间的确定性正在丧失。


如果仔细考察一下和空间有关的词汇,例如方向、位置、距离,你越来越会发觉空间这个概念开始变得靠不住,如果你没有率先规定一个方向,你将不能划分其他任何方向。当你描述一个物体所在的位置,你势必需要援引其他物体的位置为参照方可确定其位置。这种绕口的描述使你认识到,有些我们习以为常的概念其存在基础相当可疑——他们自己替自己证明。


这就是经验世界中的空间,换而言之,人类过去认识到的空间。而经验世界以外的现实世界告诉我们:绝对位置显然是不存在的。正如我们的宇宙找不到一个中心一样,你任何一点出发认识到的不同的宇宙实质上都是我们这个宇宙,它们之间当然是相同的,因为只有这一个宇宙。不同仅仅来源于我们的认识,源于我们轻易产生的不经过清洗确证的经验。


在前面的讨论中,我们已经知道了宇宙正在膨胀,而且那些曾经在距离我们4200万光年距离之远的物质发出了一些光子,现在他们远远的移动到距离我们460亿光年的距离上去了,那些被发射出来的孤独的光子花了138亿年漫长的时间在膨胀的空间中等待,等待我们所在的空间膨胀到将之纳入其中,它们最终到达我们的视线。


我们发觉空间本身会变大这个事实轻易使位置、距离的概念失去其定域性。空间本身也开始变得无从捉摸了,比空间更快遭受到挑战的是时间。


时间确定性的丧失


对时间最直接的误解,在于将其当做某个类似空间的维度。


如果果真如此,昨天、今天、明天,从根本上就是同质的,都已是“先在”被决定了的,始终存在,我们只是还没到达那里。


如果真是这样就太好了,这意味着过去恰是可以再次到达,一切既定的都可以努力再改变。无情的命运在无情中为挽回一切偷偷开辟了道路。


这种温柔的认识,常常带来时间旅行的幻想,带来回到过去纠正我们人生小小遗憾之可能性的错觉。


但,大概真的只是种错觉。


如果确实有这种维度,这种时间的描述一定是通过确认某一状态整个宇宙粒子运动状态的形式来达成的,这是全知全能的拉普拉斯妖的时间观,而绝不可能错误的属于人类。


时间似乎是天然存在的,但宇宙和人一样,如果没有一个时钟依靠,时间本身并不存在。换言之,它必须具备方向性,在指出变化的过程中才终于诞生。


两位科学工作者在试图把引力量子化表达时得到了一个奇怪的结果,那就是大名鼎鼎的惠勒-德维特方程。代表时间的变量t从中消失了。


有什么还能比时间更确证无疑?事实上,时间本身已经开始在我们的审视下变得靠不住了。


在现代很多凡人发表自己的意见之前,哲学家休谟就在讨论因果关系的问题中挑战了时间有史以来至高无上的地位。


时间的概念何以如此古怪,我们在空间中并排放置的两个东西,不会被人划分成因和果,如同两个并肩行走的人,空间上的位置,会使我们产生任何一点有关彼此因果关系的联想吗?


但时间上的先后次序常使人将两件不同的事联系在一起,指出其中的因果关系,正如大名鼎鼎的“蝴蝶效应”,两个事件中尽管已有近乎无穷的中介,但大多是认为有一条时间线将一切事件的发生串联了起来,仿佛时间就是一条带有箭头的线条,其上的任何相邻的东西就是紧密相连的。


长久以来,我们在现实生活中顺着箭头的方向,我们区分出过去、现在和未来。这种想法似乎没有什么不对,但不妨稍微花点时间想一想,什么是“现在”?爱因斯坦曾在写给一个朋友的信中说道:“过去、现在、未来仅仅是一种错觉,虽然是极为顽固的那种。”狭义相对论认为“同时”这个概念是相对的,在一个参考系下同时发生的两件事,在另一参考系下可能就发生在不同时刻。


举个例子,我们都知道我们仰头望见的漫天星光都是极其古老之前从遥远的距离传来的。你的现在正是它们的过去。假设你和另外一人分别坐上一艘宇宙飞船,以不同的速度远离地球,某个时刻的光会先后追上你们,同样的时刻在你们二者是不同的时刻。


对此更生动的解释是“双生子详谬”,亚光速旅行使一对孪生兄弟的年龄不再相同,这一理论已经不再是一个理论,某些实验已经证实了时间延缓的存在:静止μ子的寿命约为2.2微秒,而当它们以0.9994c的速率运动时,其寿命会延长到63.5微秒,这与狭义相对论一致。


时间和空间一样变成相对的了。


或者跟进一步的说,时间和空间越来越不可能成为单独的概念。狭义相对论清晰的指出以不同速度运动的两个观测者对同一事件发生在何时何地会有不同的看法。广义相对论更进一步指出引力可以扭曲时间。


时间真的存在吗?而不是类似某种在我们的尺度中体现出来的演生属性(emergent porperty)?我们触摸到彼此,但身体的实质是以一大堆内部空无一物的粒子。我们感受到的时间又何尝不可能仅是一种意识,仅是一种幻觉呢?


加利福尼亚大学已故的神经生理学家本杰明·利贝曾进行过一个有趣的脑波测量实验,得出一个极其令人意外的结果,即我们产生知觉的神经活动出现的时间通常提前于在意识中感受到事件的时间。


换个角度说,我们的大脑调整了我们对时间的感受,在指挥神经元已经行动之后给我们一种自己做主的感觉。我们自觉的“自主意识”,总是落后和服从这一隐性指挥的。


但时间的存在,从我们的生命中,是不可否认的。因为时间的不对称,因为时间的箭头,切切实实永恒的指着一个方向,不管作出何种尝试想要触及过去,都是不可能的事。


时间未必存在,但无情的揭示出它至少有一个方向的正是我们这个宇宙本身,唯一不可逆转的熵增,整个世界总是在向着混乱与无序的方向前进着的,无情且不可逆转,这是我们这个宇宙间少数能确认的真正规则。


博尔赫斯说“我由时间这种物质构成”。他无疑是对的,你是,我是,大家都是。





 

 

对时空的探索与猜测还有很多,宇宙大爆炸并非唯一描述现存宇宙的模型,也不是其中最合理的那个。但无论是圈量子理论提出的前大爆炸图景还是火劫图景,时间和空间的确定性都受到了最严格的挑战,有关二者的有限无限,时间的起始终结甚至方向,都还有许多探讨,及其不确定性的展现。


我们必须清晰认识到,我们所认识的时间与空间常常只是经验中的时间与空间,但未必是“真正的”、“正确的”时间与空间,这两个概念固然存在于我们的经验之中,但这二者本身——如果不存在,则其随着我们观念的变化而变化,如果存在,则独立于我们的观念之外。


可能确如爱因斯坦的提示,单独的时间与空间早已不存在了,我们必须转而使用时空(spacetime)来从新认识这个奇妙的世界。切勿使自己的认识固化,以至于错失了如此多变美丽、不断发展的时间与空间。


借他老师,数学家闵可夫斯基的话来说,时间、空间……或许还有我们曾自以为永恒的一切“注定消散在纯粹的阴影之中。”


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