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物理世界的本质 [:1700940186]
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物理世界的本质 小结
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在讨论四维度之前，让我们最后回头看一眼。我们已经碰到一些古典物理学没有想到的困难——多种空间体系，每一个空间体系都与任何其他空间体系一样有效。按照经典物理学的观点，距离、磁场力、加速度等必须是确定的和独一无二的。在不同的空间体系里，我们碰到了不同的距离（磁场力、加速度）等，而我们依旧没有选择这些空间体系的依据。我们的简单方法放弃了如下观点，即这些体系之一是正确的而其他的体系是不正确的观点，一视同仁地都接受这些空间体系。因此距离、磁场力、加速度等都是相对量，是可以与我们早就知道的相对量如方向或速度等相比较的。总体上，这没有使我们的物理知识发生大的改变，我们只是放弃了这些物理量行为的某些预想，以及基于它们是绝对量的某些心照不宣的假设。具体而言，大自然的定律对绝对量而言看起来简洁适用，但对相对量而言很不适用而需要一些修补。同时我们的物理知识结构并未受到多大影响，最基本概念的变化则是彻底的。我们已经从要求大自然里的每个事物都有力学模型的旧观点走得够远了，因为我们现在甚至不承认两点之间确定的独一无二的距离。物理学现有体系的相对性，引起更深入的探求和发现隐于其下的绝对的体系，由此我们可以更真实的视角看世界。
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[1]即大角星，牧夫座中最明亮的恒星——译者注。
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[2]织布者尼克·波汤姆，是莎士比亚著名戏剧《仲夏夜之梦》中的人物。布谷鸟叫着“布谷，布谷”之时，英吉利古昔相传是嘲笑一个男子对其妻的不忠实。——译者注。
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[3]静止长度是不变的，但相对长度缩短了。我们已经看到“长度”一词现在用来表示相对长度，在确认运动木棒改变其长度的叙述中，我们当然要假定这个词使用的是它的现实意义。
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物理世界的本质 第三章 时间
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皇家天文台台长的时间
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我有时想，听听英国天文台台长和柏格森教授之间关于时间本质的论争，倒是非常有趣的。柏格森教授是这问题上的著名权威，而且我可以提醒你们，英国天文台台长的工作职责就是找出我们日常使用的时间，所以推测起来，他对时间必然有自己的观点。我得说这场论争是在差不多20年前，是在爱因斯坦的观念的传播带来和解之前的事。当时两人的意见可能非常冲突，我更愿设想哲学家在言辞论争上要更占优势。在指出英国天文台台长的时间观念是极其荒谬的之后，柏格森教授便注意着他的表，匆匆忙忙地赶上一列按照英国天文台台长给出的时刻运行的火车，如此便结束了论争。
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不管是否是正确的时间，但英国天文台台长的时间是事实上的时间，他的时间渗透到物理学的每一个角落。它无须逻辑辩护，它处在一个法定权力的更强大的地位，它已被编织到古典物理学体系的构造之中，在物理学上“时间”就是英国天文台台长的时间。你们可能知道，在爱因斯坦的理论里，时间和空间是以极为奇异的方式混为一体的，这一点已显示给大家了。对于初学者而言这是一个绊脚石，他倾向于这样说：“那是不可能的，我本能地感觉到时间和空间必然是性质完全不同的东西，它们不可能混为一体。”英国天文台台长得意地回击道：“这并不是不可能，我已经混合过它们了。”好啦，就此打住。如果英国天文台台长已经混合了时间和空间，那他的混合物便是现今物理学的基石。
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我们不得不区别两个全然不同的问题。第一，时间的真实本质是什么？第二，那些以时间之名成为古典物理学结构基础部分的物理量其本质是什么？经过长久的实验和理论发展，物理研究的结果已形成体系，该体系被证明大体上是非常成功的。时间——英国天文台台长的时间，其重要性在于它是该体系的组成要素，是该体系的黏合剂或灰浆这一事实。如果它被证明它是我们意识里所熟悉的时间，不完美但唯一的代表，它的重要性依然不会减弱，因此我们首先讨论第二个问题。
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但是我要补充一下，爱因斯坦的理论，已经把第二个问题弄清了，而且已经发现，物理学的时间是不协调地与空间相混合的，所以也能够过渡到第一个问题。在相对论物理之前，有一个尚未认识的物理量，能够更直接地表示意识所知道的时间，这就是本征时间（原时）或时间间隔，它与固有空间截然分开并不相似。你们根据常识对于时间和空间混合的反驳是我期望鼓励的一种感情，时间和空间应该是分离的。把持续着的世界作为一个三维空间，沿时间从一个瞬间跳到下一个瞬间的表现形式，是一个分离时间和空间不成功的尝试。请随我回到原初（纯洁）的四维世界，在那里我们将根据一个把时间和空间完全区别的计划来重新刻画这个世界，然后我们把几乎忘了的意识时间复活，发现在自然的绝对体系中它具有可喜的重要性。
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让我们试着理解，为什么物理学上的时间与直接感受到的时间有偏差。我们很快要得到关于时间的某种结论，并把这种结论都看作公理，尽管那些结论实际上并未得到在我们对时间的直接感受上的任何事物的验证，这里就是其中一个例子。
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如果两个人相遇两次，那么他们在两次相遇之间必然生活在同一段时间里，即使其中一人旅行到了宇宙很远的部分并在其间归来。
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你们可以这样说，这是一个滑稽的不可能的实验。确实如此，它超越了一切经验，因此，当你们反对否认上面叙述的理论时，我可否这样说，你们不是也求助于你们的时间经验吗？如果这问题依然需要急着回答，大多数人将会不耐烦地答复说以上叙述当然是真实的。他们已经形成了这样一个时间概念，即时间滚滚向前与我们毫无关系，由此上述说法看来是必然的。他们并不会问他们自己，这个结论究竟在他们实际的时间经验中是否为任何事物所确认过。
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虽然我们不能尝试这种实验，把一个人送到宇宙的另一部分，但我们有充足的科学知识，计算静止的人体和高速运动的人体中的原子及其他物理过程的变化。我们能够肯定地说，旅行者身体里的物理过程要比静止的人的身体相应的物理过程要慢得多（即根据英国天文台台长的时间要慢得多）。这并非特别神奇，理论和实验两方面早就知道物质的质量和惯性随着速度的增加而增加，惯性愈大的自然结果就是变化变缓。对身体变化而言，快速运动的旅行者生活变缓慢了他的消化及疲劳周期、他的肌肉对其的反应速度、他的身体由少到老的变化、他的大脑里或多或少与思想和感情同步的物质过程、在他大衣袋内嘀嗒作响的手表，等等，所有这些都以相同的速度变慢了。如果旅行的速度极大，我们可能发现尽管坐在家里的那个人已经老了70岁了，而旅行者才变老了1年，他仅仅吃过350次早餐、午餐等。他的智慧，受阻于缓慢转动的大脑，仅相当于地球上生活1年的思考量，他的手表提供更准确和科学的计算，也确证了这一点。（我们的）意识试图按照自己的粗略方式来测量时间，按照这个时间来判断——我重申，这是唯一一个我们有权期望从空间区别开来的时间计量，那两个人两次相遇之间并未生活在相同的时间里。
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对于意识所估计的时间参考被时间计量的不稳定这一事实搞复杂了，“我要告诉你们，你慢时间也慢，你快时间也快，你疾驰时间也疾驰，你静止时间也静止”。我并没有提到这些主观的变化。我并不愿意引出这样一个不满意的计时器，我唯一要做的是应对那些告诉我“本能的感觉”时间的批评者。我要对他指出，那种感觉的基础是历经的时间，正如我们刚刚看见的，在他们两次相遇之间，一个人可能生活了70年，而另外的人可能只生活了1年。我们来完全科学地规定“历经时间”，即随所关注的旅行者一道旅行，并分享与速度有关他的惯性变化的表示时间。但是普遍采用“历经时间”存在明显的障碍，对每一个人而言，拥有与其生命精确地成正比的私人时间很有用，但如果对约会的话就极其不方便了，因此英国天文台台长采用了完全不严格遵循历经时间的普遍计时法。根据这一点，时间的流逝并不依赖于所考察的物体在这一段时间里如何运动。我承认这种计时法对于我们归来的旅行者是有点困难，按照这一计时法，虽然从所有方面来看，他都还是10来岁的小青年，却要把他当作一个八旬老人。但为满足公共利益，必要的牺牲是必须的。实际上我们没处理过以任何高速旅行的人，但我们必须处理以惊人高速运行的原子和电子，所以普遍计时法和个人计时法之间的问题是很实际的。
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所以在物理学的时间（即英国天文台台长的时间）上，认定两人在两次相遇之间都历经相同的时间，无论是否根据他们的实际经验，出于时间历经不同而导致的结果偏离是由于时间和空间的混合。当然了，如果我们坚持硬性直接经验的时间的话，时间和空间的混合就不可能发生物理学时间同空间一样，也是一种体系，是我们把客观世界在其中定位的体系。现在我们来考察实践上如何在空间和时间体系里定位客观世界，我们已知道这些体系的选择是无限的所以，我将直截了当地告诉你，我是如何在我的体系之中定位这些事件的。
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在图1里，你们看见圆圈所表示的事件的集合，现在，它们不在正确的位置上，摆在我面前的任务，就是把它们安置在我的时间和空间体系里的适当的位置。在它们中间，我能够立刻认识和标记“此地—此刻”事件，即此刻这间屋子里正发生的事情。其他的事件不同程度地远离（此地-此刻）事件——但我很明白，这些远离不光程度不同，种类也会不同，有些事件朝着我一般称之为过去的方向扩展，我也能够预料在未来很远的其他事件。还有其它类型的事件，朝着中国或秘鲁，或朝着一般性的说法称为“其他地方”的很远的地方。在这个图上，只够给出“其他地方”一个维度的地方，另外的一个维度垂直伸出纸面。你们也必须尽力想象第三个维度。
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图1 事件的位置
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