在愛因斯坦之前,人們對時間的認知是固步自封的。普遍看法認為時間是一種不變的絕對,如同透明的存在,被忽視在日常所見中。
那時候,人們普遍將時間與空間相提並論,視之為獨立於物質及其運動的先驗存在,彷彿宇宙之外的旁觀者,卻又不認為它是具體的物質。人們在時間問題上步入了唯心主義的誤區,即認為時間不存在,卻仍認為其真實存在。這種觀念實際上剝奪了時間的物質屬性,從而忽略了真實的時間存在,只留下了意識時間或稱心理時間。
在牛頓力學體系中,時間的物理實在性是必不可少的,因為在牛頓運動定律中,出現了加速度的概念,而加速度必須是相對於時間和空間而言的。為了賦予加速度確切的含義,時間和空間必須被視為物質的存在。然而,如前所述,在當時人們的內心深處,時間的物理實在性是被否定的。牛頓也覺得將時間和空間說成是物質實在性似乎不甚妥當,但為了使力學得以明確,只能如此。
讓人們接受空無一物的時間和空間是具有物理實在性的存在,這確實顯得強人所難。歷代哲學家也因此一再回避這樣的假定。他們甚至認為時間只是人的一種感覺,並非真實存在。人們之所以感知到時間,是因為太陽的東昇西落和地球的公轉造成了晝夜和四季的變化。計時工具如日晷不過是這種天體運動的反映。
如果身處茫茫太空中,沒有晝夜之分,也就感覺不到時間的流逝,因此有人認為時間不存在,這與佛教的觀點有相似之處。佛教認為時間是主觀的,源自「時間感」(類似於心理時間),時間感形成於對過去事物的回憶和對未來的期待之中,從而產生了時間的觀念和度規。沒有明確的時間感,也就不存在時間。
因此,對於佛教而言,客觀的時間是虛幻的,他們認為並沒有時間的流逝,沒有過去、現在和未來的區別,客觀的時間沒有方向性,甚至可以認為它根本不存在。
十九世紀時,熱力學第二定律被發現。隨著克勞修斯和開爾文對這一定律的不同解釋,人們漸漸將其概括為「熵增原理」,即孤立系統的熵不會自動減少,在可逆過程中熵保持不變,在不可逆過程中熵則增加。所謂的熵可簡化理解為混亂和無序。所以,熵增原理表明,世界隨著時間的推移從有序走向無序,這種不可逆性就是所謂的熱力學時間箭頭,它表明了時間是有方向的。這時人們認為時間只是對客觀世界的一種描述。
愛因斯坦之後的時間觀念
愛因斯坦透過時間和空間的相對性解釋了光速的恆定性,從而顛覆了人們根深蒂固的絕對時空觀。在狹義相對論中,他首次嘗試將時空與物質及其運動聯絡起來。
同時,閔可夫斯基將時間視為一維特殊的空間,與三維空間合併,視之為四維時空或四維空間。愛因斯坦接納了這一觀點,將時間視為與空間相同的存在。那麼,空間是什麼?笛卡爾認為空間和廣延是一體的,而廣延性與物體緊密相連,因此空無一物的空間並不存在。愛因斯坦在廣義相對論中證實了笛卡爾的觀點接近真理,他認為空間是作為場的結構性存在,空間中充滿了場和物質(現代科學已經證實,即使是真空也充滿了虛粒子和負能量),不存在沒有物質和場的純粹空間。換言之,空間就是一種物質,這種「空曠」是物質的一種形式,它是由宇宙中普遍存在的、本質是「運動變化」的客觀實在性所構成。
空間如此,時間亦然。世界是動態的,宇宙透過永不停息的運動變化來展現客觀實在性,這種永不停息的運動變化就是時間,對這種運動變化的度量就是時間的長短,時間是宇宙存在的形式之一,空間亦然。時間的本質是運動變化,且具有不可逆性,而運動變化對應著物性存在,因此時間也對應著物質性——運動變化的客觀實在性。既然時間的本質是運動,那麼物體的運動會影響運動變化的實在性,進而影響時間。這就是「鐘慢尺縮」現象的根本原因。
在不同的時空維度(亦即不同的速度概念)中,我們會觀察到一種奇異的現象——時鐘似乎走得慢了,尺子也收縮了。這一鐘慢尺縮現象,無疑是對時間存在的有力證明,顯示了時間不以人的意志為轉移的客觀性質。有人辯解說,並非時間流逝遲緩,僅僅是那隻時鐘出了問題,受到了外界的某種作用。
然而,從人的主觀感受角度出發,時間的流逝似乎一如往常。沒錯,「鐘慢尺縮」的現象其實是觀察者效應的一個例子,對觀察者自身靜止的時空而言,時間的流逝並沒有什麼不同,我們稱之為「固有時」。問題是,在不同的參考系中,這個固有時的顯現會有所區別,就好像時間真的被拉長了,而不是那隻鍾出了故障。生物體內的新陳代謝就是最好的證明。就拿「雙生子佯謬」來說,哥哥踏上接近光速的飛船,經過一系列的加速減速,實際體驗了時空的轉換,將時間膨脹的效應帶到了弟弟的世界,使得他真的跨越到了弟弟的「未來」,而此時的弟弟顯然比他更加衰老。
現代科學對這個「雙生子佯謬」的解答,只需要比較兄弟二人的「世界線」(即閔可夫斯基所提出的四維時空中的距離)的長短即可。需要注意的是,無論在哪一個參考系中,對同一事件的世界線長度都是一致的。因此,無論在哪個參考系中探討這個問題,結論總是相同的。舉個例子,假設我們在弟弟的參考系內進行討論,下圖就是對他們世界線的對比。
別誤會了,以為曲線一定比直線來得長,那是在歐幾里得幾何的範疇內。在閔可夫斯基的時空觀中,哥哥所經歷的曲線世界線實際上比弟弟直線般的世界線要短,這就意味著哥哥度過的時間相對於弟弟的要慢。而他們各自的固有時並沒有改變,弟弟經歷的時間確實比哥哥要長,可見,時間的共時性確實發生了變化,這再一次驗證了時間的真實存在。
小結一下
簡而言之,時間是物質世界運動和變化的直接反映,也是客觀實在的象徵。就像物體的尺寸、形態、色彩、重量和質地一樣,時間雖然不是物質,但卻是物質存在的體現和形式,是切實存在的現實。真正的時間具有方向性,是不可逆的,存在時間之箭。這是時間本質所決定的。我們之前所提到的固有時和世界線,都是對真正時間的描述。
另外,還有一種被稱為心理意識時間,它對應著我們日常生活的感知。這種時間同樣具有方向性,並且與真即時間的方向保持一致。我們總覺得自己是向著未來前進,總是能記住過去而不是未來。這背後的原因或許與熱力學第二定律有關,又或許是因果關係影響了我們對事件的理解和學習,形成了這種感知方式。不論具體理由為何,兩種時間的方向是相符的,這種心理意識時間是對真即時間的感知和反映,但它本身並不是真實的時間。