从牛顿机械时间观的特性探求时间本质问题

石 艺

人类文明发展至今，无论是哲学还是科学都从未停止对时间问题的探索。时间的本质到底是什么？时间的测量何以可能？时间具有可逆性吗？事实上，我们目前所使用的测度时间来源于牛顿的机械时间观。本文将从牛顿机械时间观的内容来分析其特性，以期阐明其对时间本质的解析。

一、牛顿机械时间观的内涵

(一)绝对时间观与机械时间观

牛顿的机械时间观与其机械的世界观相匹配，而牛顿机械的世界观是改造了机械论的自然观而形成的。机械的自然观“把自然当成机械一样运动，具有一定的目的性，朝着某个神秘的目的前进。这个目的就如同上帝创造宇宙，看成一台巨大的机器，一经启动，就可以因其构造而完成所要完成的工作。”[1]这是一种形而上学的目的论自然观。

随着在力学上的发现，牛顿将这个神秘不可测的目的置换为“力”。他认为，这个世界应该是“由运动现象去研究自然力，再由这些力去推演其他现象”[2]。由此，牛顿放弃了形而上学的目的论说法，把物质的运动和力当成是这个世界本原的存在。机械一词最开始是作为机器自然观的表达，到了牛顿这里就被深化为“以力的观念取消自然的目的论后，自然就完全成为一个独立于人的、无目的的物的集合——‘自然界’”[3]，成为一种独立于人的心灵、可被预测、决定论的机械的观念。

在这样的机械的世界观下研究牛顿的时间观，时间就像空间那样成为一个包裹住这个世界的容器，物质的运动都沿着既有的轨道前行，生命的意义和自由意志也消弭于这样的时间之中，时间表现出绝对内在、理性化的特性，成为一种完全外在于生命和运动的绝对存在。同时，运动本身被完全地几何化和数学化，带有明显的必然性的特征，因而我们把这样绝对的时间观称之为机械时间观。

(二)绝对时间与相对时间

牛顿的绝对时间作为物理学一个基本的参量，绝对性是牛顿对时间定义的基本特性。牛顿在《自然哲学之数学原理》一书的开篇就给出了自己的绝对时间观，并明确指出存在绝对时间和相对时间：

“绝对的、真实的和数学的时间，自然而然地根据它自己的本性在稳定的流逝，与任何外部事物毫无关系。时间用另外的名称被叫做期间(duration，也翻译为绵延)；相对的、表观的和普遍的时间，是通过运动对期间进行的某种可察觉的和外显的(不管是准确的还是非准确的)度量，它通常被用来取代真实的时间，比如1小时、1天、1个月、1年。”[4]

对于绝对时间和相对时间的区分是牛顿时间观的基础，在他的时间体系之下存在一个独立的不依赖于运动和物质的绝对时间，这是真实的时间本身。基于这个前提，科学家们运用技术根据物理学上的周期运动制作出钟表，将时间进行均匀的划分，形成了日常所使用的测度时间，这时候时间被给予一种几何化和空间化的解释，这种测度时间可以从物质的运动之中被人们所察觉到，这是一种相对的表面的时间。前者的绝对时间是人们真正的时间，后者测度时间则是人们对时间的使用和感知。

对时间的绝对性和相对性的讨论取决于对时间与运动关系的判定。当假定时间是运动的一个属性，只有通过运动才能感知和测量时间，即在运动之外并不存在时间，这样的时间就是相对的，相对于运动和物质而存在的。反之，把时间看成像空间一样先天的存在(这里的存在并不表明是现实实有，也可以作为人们心中认可的一种抽象的心理时间存在)，那么这样的时间则是独立于运动之外的，并且将运动包裹在时间之中，即使没有运动和物质，时间也如同空间那样先天的存在于宇宙之间，这样的时间便是绝对的。

牛顿的时间观是一种绝对的时间观，牛顿体系下的时间是绝对的、内在的，具有均匀性和同质性的；绝对时间与绝对空间将物质世界的运动纳入其中，却不依赖于物质和运动独立存在，是永恒而绝对的。

二、牛顿机械时间观的特性

牛顿的机械时间观，即以牛顿绝对时间观为核心，是表现出机械特性的经典科学体系下的时间观。本文接下来将从时间如何存在、时间的测量何以实现以及时间是否具有方向性三个方面具体解析机械时间观的特性。

(一)与空间、物质相分离的时间绝对性

时间的绝对性作为机械时间的基本特性，表现为时间是独立存在而不依赖于物质和运动。康德也赞成时空的绝对性：“如果从物体的经验的直观和物体的变化(运动)中去掉一切经验的东西，即去掉属于感觉的东西，剩下来的还有空间和时间，因此空间和时间是纯直观，他们是先天地给经验的东西做基础的，所以它们是永远去不掉的。”[5]尽管康德把时间描述成是一种纯直观，是容纳人们感觉经验材料的先天直观形式，但从他的论述中我们也可以看到这种纯直观也是绝对的。所有的事物和感觉经验都是基于时间而存在的，没有时间就没有经验，没有经验材料我们的认识也无从谈起；即使去掉属于感觉和经验的东西，时间和空间也亦然存在，时空是独立于物质运动的，但物质运动却依赖于时空被人们所直觉。

叔本华继承了牛顿对时间绝对性的观念，并表明测度时间就是通过在时间中运动的物质而得到的，尽管时间的存在并不依赖于物质运动。叔本华指出：“所有的事物都能被思想从时间中清除，但时间却不可能被思想清除……时间不能通过自身而被测量，只能通过时空中的物质运动间接地进行测量：比如，通过太阳和钟表的运动测量时间。”[6]总的来说，时间的存在具有绝对性，它不依赖于物质和运动，但时间的存在和测量需要通过物质和运动才能够被感知。空间就像是一个巨大的容器，时间则是一条长河，物质和运动被绝对的时空所容纳得以存在，没有时空也就没有物质和运动。时间本身具有先在性和绝对性，这就是牛顿经典的绝对时间。

现代的时间观沿用了牛顿绝对时间的观点，关于时间本质问题的讨论，很多都是建立在绝对时间存在的观点之上的。绝对时间存在，并且凌驾于物质和运动之上，成为一切物质和运动可能的前提。当代有物理学家在讨论时间本质的时候声称：“人们对时间流逝的感觉是我们的错觉，时间只是单纯地存在着，并不存在时间的流动。”[7]可见，牛顿的绝对时间观念影响深远，科学家在对时间进行测量和应用的时候都假定了绝对时间的存在，这个时间同空间一样先天地包容着物质和运动。这些观点体现了人们对于机械时间观中时间的绝对性的认可，时间就像空间那样被人们推到一个先验的绝对的位置之上，它们的区别仅仅在于我们能通过对空间进行测量和感知空间的绝对存在，但对于时间的存在更多的只能通过测度时间而得到。

机械时间观的根本出发点就是承认与空间、物质相分离的时间的绝对性。时间的绝对性将时间变成一个像空间一样的容器，尽管物质和运动发生在其中，却并不真的作用于彼此，而是表现出一种本质的机械特性。

(二)时间的空间化：同质性和可分割性

机械时间观肯定了时间与空间、物质相分离的绝对性，尽管绝对时间是完全内在的，但通过物质的运动变化人们能够感知到时间的存在和流逝。也正因为如此，科学家通过运动变化的速率，将时间进行数量化、几何化的分割(之所以能进行这种分割，是因为机械时间观假定时间是具有均匀性的，也就是这一刻和下一刻是同质性且均匀的)，并应用了相应的技术制作出钟表，从而得到人们现在所使用的测度时间，将时间均匀地分割成一秒钟、一分钟、一小时等。

测度时间使生活变得方便，让人们随时能知道现在是何年何月甚至精确到几分几秒，但我们时常还会觉得困惑。机械时间认为时间是均匀且同质性的，那么这一秒和上一秒就没有任何的差别，我的这一秒和别人的这一秒也是相同的。但人们能明确地感到玩四十分钟喜欢的游戏，过得远比研读四十分钟晦涩难懂的哲学专著快得多，甚至在同一个时间段中，物质的变化也不是完全一致的。对于时间感受的差异让人们不得不对时间是均匀流动且同质的这个观点产生疑问。会产生这样的疑问的本质在于，测度时间假定了时间的同质性和可分割性，人们通过物质运动变化感知到的时间是一种心理时间与我们所使用的测度时间之间存在差异，因而在使用测度时间概念去感知时间本身时就会出现差错。究其本质，测度时间是从绝对时间的同质性和均匀性出发，它将时间进行空间化的处理，从而得到的关于时间的测量。只有当时间像空间那样被当成是同质的均匀的且可以被分割的，人们才能对时间进行测度。正如琼斯指出的：

“当我们谈论时间的持续性，说出时间序列之时，我们就自然而然在心中想象了一个关于时间的直线，直线上的每一点都代表着不同的事件，而相隔的点之间意味着事件之间的距离。事实上，序列和间隔是我们对空间的描述，我们借用它来理解和测量时间。也就是说，为了得到简单性的概念，我们将时间转换为一种一维的空间在进行思考。”[8]

由此可见，测度时间采用了时间空间化的方式，得到了一个同质且可分割的绝对时间。

机械时间采用空间化的方法将时间想象成一条永无止境的直线，时间间隔就会变成事件与事件之间位置的变化。可以想象一辆轿车以每小时30公里的速度行驶，那么一个小时之后这辆轿车就会在远离它出发点的30公里的位置上。在谈论这辆轿车所经过的这一个小时的运动时，会用30公里的位置的位移来表示。从这个简单的例子出发，可以看出在日常生活中谈论时间的时候，是离不开事件和空间的，甚至会采用事件和空间来代替时间本身。那么，我们所谈论的就不是时间本身，而只是基于绝对时间同质性和可分割性得到的测度时间。机械时间对时间空间化的做法，是对时间进行理性化、几何化之后关于时间的测量，与人们感受的心理时间产生了偏差。

(三)时间的对称性

时间对称性的问题是关于时间方向性的讨论，时间是否是有箭头的？时间可以被分割为现在，过去和未来吗？时间对称性的问题对我们的生活产生着巨大的影响，人类对时间的方向性一直存在着难以抑制的好奇和野心。

假设时间具有方向性，就意味着时间可以向前也可以倒退。如果时间是一去不复返，那么时间就像一支离开了弓弦的箭，只能不断地向前，这就意味着人们必须把握住时间，因为这一秒过去了就将永远不会回来；反之如果时间可以倒退，那么很多遗憾就可以得到弥补，但时间和生命就会变得没有意义，事物运动和变化的规律也将更难以把握。假定时间没有方向性，它既不会向前也不会倒退，它就只是存在着，那么它存在的意义就更多的同空间那样，只是容纳着物质和运动的一个先验的内在而存在了。

牛顿并没有把过多的精力放在时间是否具有方向性上，他认为没有任何东西、任何外部环境能够影响时间的消逝，没有什么东西比始终的恒定滴答更不可动摇了。吴国胜指出：“时间在牛顿力学中，是一个先定的而且不再更动的框架……在牛顿的物理世界中，物理过程的时间方向性是无关紧要的。物体在力的作用下运动，最终指向未来还是会指向过去，这对于牛顿来说是无关紧要的。”[9]在笔者看来，牛顿对于绝对时间更多的是强调时间的绝对性和内在性，并且认为时间是永恒的均匀的流逝着，但对于时间的方向性并没有更多的关注，时间既可以向前也可以倒退，这对于牛顿而言并不是他绝对时间观的重点。但在牛顿之后的近代科学家们，结合牛顿经典力学确定了机械的世界观，加强了牛顿关于时间对称性的看法，在经典物理学看来，时间并不具有方向性。

日常生活中，人们把时间分为过去、现在和未来，时间也总是罔顾人们的意志不断地朝着未来这个方向前进。但在经典物理学看来，人们从出生到死亡的不可逆转，人们对光阴一去不复返的感叹，人们对于时间箭头不断向前的认知，都只是人们的与外物相互关联时所产生的幻觉。在牛顿那里，绝对时间永恒均匀流逝而不被物质运动所影响，他的继承者们则发展了这种观点，在决定论的世界观体系之下，所有的物质运动都是可知的，因而无所谓过去和未来，过去现在未来都是被设定好可以被计算的。那么时间也就不具有方向性，或者说无所谓时间的方向如何，因为一切都是必然而没有意外的。

很显然，经典物理学拒斥时间之矢的观点并没有得到人们的普遍认可，因为人们无法想象自己对于时间不断向前，过去不可追的认知仅仅是出于一种幻觉。同时，随着科学的不断发展，尤其随着人们对热力学和熵的不断了解，关于时间本质问题也提出了越来越多新观念。

三、结语

由此，我们得知牛顿的机械时间观表明与空间、物质相分离的绝对性则是它的根本特性，机械时间的绝对性将生命和物质排斥在外，使其同空间那样成为完全内在的绝对存在；它的同质性和可分割性则使得机械时间被进行空间化的处理，从而成为一种测度时间；机械时间作为物理学基本的标量，无所谓方向性。机械时间的各种特性也是相互交融的，对时间进行空间化的处理是基于时间的同质性和可分割性，而时间的无方向性也必须基于时间的同质性，时间的可测量则依赖于时间的可分割性。绝对性作为机械时间的根本特性，是机械时间其他特性的基础。

人们从牛顿的机械时间观的特性之中使用空间化的时间得到了测度时间，实现了社会与生活的某种有序。但机械时间的绝对性将时间与物质运动相分离，机械时间作为外在于人的绝对存在，不与人发生联系，给人们理解时间对于人和生命的意义带来了困境，这种同质可分割的空间化时间却与人们感知到的时间相冲突。在这种机械时间的观点之下，将物质运动完全的绝对化、几何化，过去现在未来并没有差别，依据相关的参数就可以预测过去现在和未来，那么生命的多样性和人的自由意志将被完全剥离。机械时间带来的认识上的困境也成为后期机械时间观被不断批判的原因之一，但不可否认，基于牛顿经典力学体系下的机械时间观向人们揭示了一个自洽且有据可循的时空观、世界观，给探寻时间的本质问题提供了许多思路和方向，是解释时间本质问题极为重要的思想之一。