周吉善 （jishanzhou@126.com）　2007.11

时间和空间，亘古以来就是一个诱人遐思而迄今都没有答案的迷团。东方有东方的时空观，而西方有西方的时空观，由于物理学创立于西方，当今普遍流行的是西方的时空观；哲学家有哲学家的时空观，物理学家有物理学家的时空观，心理学家又有心理学家的时空观。从亚里士多德到牛顿都相信“绝对时间”，认为只要有准确的钟，就可以毫不含糊地测量两个事件的时间间隔，而且时间相对于空间是完全分开并独立的；洛仑兹依据光速不变导出的时间式子中有空间因子，空间式子中有时间因子，就说时间和空间结合在一起密不可分；相对论从根本上改变了时间和空间的观念，终结了人们对“绝对时间”的信仰；普里高津、彭罗斯等人有“时间箭头”，霍金又有“虚时间”。 20世纪之前人们只相信一种“绝对时间”，20世纪一百年间就产生出所谓的“时空实体”、“时间箭头”和“虚时间”等形象具体而又非常奇特的新观念。可惜的是对惠更斯那种正确的时间观，物理学者却没有给予应有的关注和重视。

霍金写了一本《时间简史》，被拜坦姆书社编辑彼得·古查底炒得“列名伦敦的《星期日泰晤士报》最畅销书榜上达二百零五周之久”，而被列入吉尼斯世界记录。我特意到郑州买了三本霍金写的书，对“空间和时间”反复读过两遍之后，有一种遭受炒做家欺蒙的失落之感。除了“亚里士多德和牛顿都相信绝对时间”，“相对论终结了绝对时间的观念”，“大质量的物体附近，时间显得流逝的更慢一些”_{（ 1-Ｐ24-43）}之外，书中并没有提供任何新知识。霍金在“简史之简史”中承认自己写书的“部分动机是为我女儿挣一些学费”_{（２－ P24）}，他本人还算得上诚实。在“爱因斯坦之梦”中，他虚构了“一个很难掌握的概念”_{（２－ P59）}，即“它和时间夹直角”_{（２－P60）}的“虚时间”。所谓虚者，非实之谓也，既然他对自己的创意冠之以“虚”，大可不必太认真对待就是。一本被炒得全世界（据说该书已译成 33种文字）都知道的著名物理学家写的《时间简史》，告诉我们的并不比我们知道的更多，物理学界对时间理解的深度，自然也就可想而知。

一、人为规定的相对时间

从古代开始，人们就在用日出日落，或者是影子移动及滴漏等方法计时，自从伽利略发明摆种之后，钟表就成了度量时间的重要工具。用钟计时主要是为了追求“同时性”，就规定以地球自转周期（昼夜）的 1/86400为一秒作为时间单位，物理学还把它定为量纲的三个主单位之一。从牛顿到爱因斯坦的物理学，被称为“量度主义”，主要着眼于计量质量、时间和长度三个量纲主单位的精确。当发现地球自转不稳定之后，就改用以地球绕太阳的公转周期为基准计时，这种时间叫“历书时”，较上述的“世界时”精确度提高许多，可达 秒，相当于每 30年差±１秒。

随着科学技术的发展，历书秒的精度又不能满足精密技术的要求， 1967年第十三界国际计量大会批准，秒等于铯133原子基态的两个超精细能级之间跃迁辐射周期 9192631770倍的持续时间，称为原子秒。精度可达±1× 10，相当于 3万年差±1秒。原子秒已经成为国际单位制中七个基本单位之一。

从上述对“秒”的三种定义可看出，物理学使用的时间（单位）都是相对的，第一次相对于地球自转，第二次相对于地球公转，第三次相对于铯原子的某轨道跃迁。用这种相对关系定义的时间单位去计量事件的时间间隔，就应该被称为相对时间，通常都说牛顿相信绝对时间就肯定是错误的。

小结：秒既然是依据相对关系确定的时间单位，用这种人为规定的单位去计量的时间，就只能称为相对时间。

二、关于时间的悖论

惠更斯在牛顿之前就导出一个很重要的时间公式，由之发明的摆钟迄今仍在使用，但是对 T＝的理解，至今都非常片面，仅知道要使钟的读数一致，可以调节摆长 L；但很少有人关注以下这种关系：g越大，T越小，时间将会变快，即同一个钟在不同的时空点（即 g不相同）会变快或变慢。

广义相对论的预言则是：“一个钟所处的引力势越低（深），它走得越慢”_{（３－ P92）}。1962年在一座水塔的顶上和底下同时安装两只非常精确的原子钟，已经测出“底下的那只更接近地球的钟走得更慢些，这和广义相对论完全一致”_{（１－ P41）}。证明了g越大，时间越慢。

依据惠更斯公式，g越大，时间越快；依据广义相对论， g越大时间越慢。完全相反的两种时空观，同样被证明正确无误，对这个非常严峻的悖论，理论物理学家都视若罔闻，却把时间隧道、超越时空旅行等无稽之谈炒得沸沸扬扬，不能说不是物理学界的一大怪事。

三、动钟变慢

“动钟变慢，动尺变短”是狭义相对论的推论，所谓“相对论终结了绝对时间的观点”，即指钟会随着速度的变化而变化，现代精密自然科学的发展就建立在这种基础之上，而物理学家对它的认识却是“镜像”的。

钟变快变慢，并非是狭义相对论的新发现，而是早在牛顿之前就已经存在的事实。几百年来由于人们对牛顿的过分迷信，只相信他以“钟的读数一致”为前提的相对时间，而没人去关注惠更斯的绝对时间而已。

人们对单摆周期公式的理解非常片面，只知道采用调节摆长 L的办法使“钟的读数一致”，而忽视了随着g的不同钟会变快或变慢。比如广州、北京和北极的 g分别是9.788、9.801和 9.832，要让三个地方的摆钟读数一致，其摆长之比就必须满足9.788∶ 9.801∶9.832；一只在北京校准的钟，移到广州会变慢，移到北极将变快。

狭义相对论仅告诉我们钟会随着速度变化而变化；而单摆周期公式和广义相对论又告诉我们钟会随着 g的变化而变化，二者的变化取向又恰恰相反，前者随g的变大而变快，后者随 g的变大而变慢。有人反对说时间变快变慢，强调那是钟变快变慢，我们不敢苟同；因为钟变快变慢属于现象，能够使它走快走慢的功能却来自“时间”，故而说时间变快变慢并没有错。只有这种能够使钟变快变慢的“时间”才能被称为绝对时间，人对这种“时间”的流逝完全无能为力（时间究竟是什么，最后一节回答）。

时间有绝对和相对之分：惠更斯时间，狭义相对论时间和广义相对论时间，是分别由自然界的不同系统所决定的绝对时间；从牛顿到爱因斯坦，乃至到今天广泛使用的“钟的读数一致”，却是人为规定的相对时间。对时间而言，所谓绝对和相对的说法，一直都是“镜像”的，以后必须将这种观念“倒过来”！

四、两类物理客体

这一节讨论惠更斯和广义相对论的时间悖论。

物理学从开始创立就分牛顿范式和非牛顿范式，前者研究孤立质点运动的规律，后者探寻热、光、电磁现象的本质；发展至今终于形成用质量计量和时空描述、用能量计量和相位描述的两大理论体系。即此可知，物理客体理应分为用质量或能量计量的两大系统。

爱因斯坦从广义相对论场方程中早已发现“空间不空”； 20世纪60年代中期彭齐亚斯和威尔逊捕捉到了各向同性的 2.7Ｋ微波，被称为3Ｋ微波背景辐射，证实了爱因斯坦的发现。现代宇宙学将客体分为不连续的天体和连续辐射，对天体的计量用质量 M，对辐射的计量用能量ε，都证明很有必要将物体客体分为两个系统。

摆钟量度的是质量系统的时间，原子钟量度的是能量系统的时间。广义相对论揭示出，“空间——时间的结构影响了物体运动” （1－ 42），是动力学的量；对质量系统来说，时空场强度 g（不在称它为加速度）是动力学量，由它决定着时间的快慢。为什么不能用摆钟测量广义相对论的预言，并非是因为它精度不够；而原子钟则是用跃迁辐射定义原子秒，属于能量系统的事物，所以对能量系统来说，必须用辐射频率预以验证。

惠更斯时间和广义相对论时间分别是质量系统和能量系统的时间，前者由时空结构的几何性质决定，后者由辐射频率决定。相对于时空场强度 g，能量系统和质量系统的时间快慢刚好相反，该事实告诉我们两个系统的规律往往会是“镜像”的，当今的诸多悖论大都是运用适合于质量系统的规律，去描述能量系统事物的结果。

五、三种作用机制

18 世纪末拉格朗日等人已经为用能量取代力的概念体系准备好条件，物理学界至今犹热衷于“力”而不肯舍弃，不能说不是一大失误。即使在理论领域广泛地使用“能量”这个概念，却不了解能量有多少种。直到现在依旧沿袭牛顿力学概念体系，以作用效果命名力，以运动形式命名能量，致使新的概念不断涌现，名目繁乱驳杂，是当前理论界的一大弊病。譬如“惯性力”这个概念，就附加上“跟通常意义下的‘真实的’力不同，惯性力是形式上引入的‘假想的’力”_{（ 4－P66）}，这种思路只会人为的将问题越搞越复杂，离真理越来越远，因为所有的真理都非常简单明了。

实际上能量只有三种：与质量相关的=mgh，与电量相关的 E_Q=Q·ner^-1(ne表示若干电荷 ),与辐射相关的=hν=h/T。对 和 E_Q，gh和ner^-1是动力学的量，由具有 m或Q属性的物理客体展现能量效应，惠更斯时间和狭义相对论时间就分别属于这两个系统；而广义相对论时间则属于 系统。

质量系统的行星运行、自由落体，及所有的自然运动，都由 gh（或aL）主宰，g是动力学量， h决定系统初、末状态的能量值，保证了系统能量的守恒。自然界所有物态、物性乃至物种的变化，全都是 和质量的相互转化，即物体吸收 ，通过电结构变化将 转化成 E_Q储存到原子、分子的相空间，从而产生质量增加的效应；放出对应的是质量减少。 E_Q决定着另一种质能转化的方式：一定量值的可以生成正、反电子或正、反质子，质子和电子以不同的电结构形式构成原子、分子乃至万物；正、反粒子湮灭又可以使质量消亡，复归于 。客观上存在着如后图所示的三种作用机制，分别由隐然不为所见的 gh、ner^-1和主宰着自然界的大千变化，其效应都显示为能量的守恒或质能的转化，其间根本看不到所谓“力”的影子。

“相对论提供的时空结构和量子论提供的能量结构，既在逻辑上自洽又与经验相符”_{（ 5—P492）}的要害在于，由E_Q决定运动电荷必然释放电磁波，而电磁波本身即是 ，所以由狭义相对论提供的时空结构，跟量子论对 的描述就必然是一致的。关于辐射的极限速度 C（光速）是定值，至今都无法讲清其作用机制，于此可以提出如下猜想：C是辐射能量和动量的比例常数，即 C＝E／P＝λ／ T；由之不难看出，λ＝3×10 8m和 T＝ls是辐射能量和质量子转化的临界值。需要顺便提及一下，质量子是占三维空间的粒子，而 却仅仅属于一种波，即使可以用“孤子”予以描述，“孤子的数学理论结果大多是一维的……但毕竟粒子现象是三维的”_{（ 5－P476）}。故而“能量子”属于误用概念，最多只能称其为“能量片”，理论物理学必须将玻色子或能量子的“子”字去掉，才有望澄清观念上的混乱。

六、时间究竟是什么

1952 年，爱因斯坦为《狭义与广义相对论浅说》英译本15版加了一个说明空间概念演变历史的一个附录，又在序言中补充说：

空间——时间未必是一种可以认为离开物理实在的实际客体而独立存在的东西。物理客体不是在空间之中，而是这些客体有着空间的广延性。这样，‘空虚空间’这个概念就失去了它的意义。

三年之后，20世纪这位最伟大的思想家和科学家，不得不怀着深深的遗憾闭上机敏而聪慧的眼睛，由相对论带来的时空观念变革，创立相对论的人最终也没有讲清。实际上爱因斯坦已经找到了真正的答案，因为他对中华传统文化中阴阳两系统和谐互补的自然观知之甚少，最终不得不留下旷世的遗憾。

时间究竟是什么？只需要在爱因斯坦的话中再加一句：“这些客体”还有着时间的持续性，就可以作出明确的回答。

需要补充一点是：“这些客体”指能量系统而言，宇宙即是由能量系统和质量系统构成的“负阴而抱阳”的有机整体；用亚里士多德的话说就是，基本存在有“包容体”和“被包容体”两类；爱因斯坦的说法则是“即使物质消失了，空间却依然存在”。

附：作用机制示意图说明

能量系统属于全宇宙关联的连续态网络，对它的物理学描述有两个常数 C和h，有两种计量标准T和λ，具体呈现为能量 E和动量P，可以用予以概括。由 可以同时创生出质量 m和电量Q，能量系统以gh形式作用于 m，以ner^-1形式作用于 Q，分别呈现和E_Q； m和Q又可以通过湮灭复归于。质量系统由质子和电子结合成核、原子、分子乃至万物，自然界的物态、物性乃至物种的变化，无不是 作用功能的显示。

由之得出的物理世界图象是：能量系统是最基本的物理实在，可以“无中生有”地创生出 m和Q，从而构成现实世界的万物；m和 Q又可以通过不同途径复归于“无”。宇宙是能量系统和质量系统“负阴而抱阳”的有机整体；宇宙是能量ε和质量 M“阴生阳，阳生阴”的循环过程。

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