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時間與空間的哲學問題——經驗內外的時空

從沒有時間和空間兩個詞語曾如此具備永恆的概念,毋寧說永恆的概念便是綻放在此二者之上的一朵朦朧的花。但矛盾早就深藏其中,時空的概念終究是在經驗中定義,又反過來形成經驗本身,我們實際的談到某事某物,必須率先許諾時間和空間的定義,自然的將之先一步放置在時空的概念之中,當我們轉而單純的考察時間或空間這兩個概念,卻又必須依靠時空之外的「其他存在物」來予以規定。

所以智者早有預料永恆之花的隱去,栽種它的花盆和土壤——經驗中的時空的觀念被打破了,我們的觀察尺度越是擴展,「時間」與「空間」的概念就愈發的變得虛幻,現代人亟待重新對這兩個詞進行清洗,使這長久根植與人類心底最為基礎的兩個概念重新得到確證,使人類的觀念世界從新得到確證,從而進一步使現實世界得到確證。這當然是哲學家和科學家要考察的問題。我所能做的不過是在此文中簡單的將現代人們發掘出的有關時空的困境做一個描述,歸納自己粗略的認識,並分享給所有閱讀這篇文字的人。


要將時空的關係以及其面臨的困境釐清,首先介紹一下我們所生活的這個宇宙是很有必要的,因為不管這麼講,我們想要認識的、試圖定義的那個極具趣味的「時間」、「空間」的概念,歸根結底不過是宇宙合理的展現。

說起「我們身處的世界」,相信幾乎所有的人都曾對此有所好奇,併產生試圖探究的慾望,故老相傳的神話故事、浪漫的詩歌文化創作對此作了許多想像。直到90年代第一代哈勃太空望遠鏡被發射至地外軌道,整個宇宙這才真正的、愈來愈清晰的展現於世人的眼中,也就是近二十年來,我們總算對身處的宇宙有了直觀的、相對正確的一個認識。

科學工作者們可以相當自信的告訴我們,我們所在的宇宙擁有138億年左右(137.98±0.37)的古老年齡,要是談起大小,倒是不那麼確定,不過他們還是能根據事實告訴我們,目前可觀測宇宙的半徑大小約在460億光年左右。

第一個麻煩似乎已經呼之欲出了。假使我們的宇宙如同科學研究者們所說從宇宙大爆炸中而來,假使就像我們的科學研究者所說,宇宙中最大的速度是光的速度,假使宇宙確實至今只有138億年的年齡,何以宇宙的大小居然比138億光年要更大?假使可觀察宇宙確實有460億光年的大小,我們是如何在第138個億年就捕捉到了距離我們有460億光年之遙遠的光線?

一個簡單的計算。

已知哈勃常數=67.80±0.77km/s/MPC,

3.26光年(linght-years)=1 parsec(pc秒差距)=3.085*1016即1MPC=326萬ly

該常數代表每增大1MPC的距離星系遠離我們的速度增加6.78*104m/s,即距離觀測者326萬光年的星系正以6.78*104m/s的速度遠離。

那麼現在距離我們138億光年的星系正以:6.78*104*(13.8/3.26)*103=2.87*108m/s的速度遠離。

距離我們460億光年的星系正以:6.78*104*(46/3.26)*103=9.57*108m/s的速度遠離。

這個速度遠大於光速c=2.998*108m/s。

現實答案好像把問題解決了,宇宙之所以比這麼多年來光跑過的距離更大,是因為宇宙膨脹的速度遠大於光的速度。但這似乎又帶來了新的問題。光速不是宇宙中最大的速度嗎?

是的,光的速度是宇宙中最快的速度,這一點概念至今你仍可以確信無疑。之所以出現現在這種狀況,完全是因為人類的經驗欺騙了自己。

你對速度這一概念的理解限於過往的經驗中,你對時空的認識限於過去的經驗中,那麼你在認識上自然就不可避免的陷入了困境。在這裡需要你糾正一點過去對速度的認識,這有助於我們更好的理解這個奇妙的時空——相對論中「速度」是局域概念不適用於大尺度,為何如此?我們將上面的計算用言語來做一個概括:宇宙的膨脹,膨脹的是宇宙的測度,而不是星體的遠離。

試圖將宇宙想像成一個氣球,而地球和我們觀測到的某個星體分別是點在氣球表面的兩個點,當你把氣球吹漲,這兩個點相互遠離了,同時,這兩個點還呆在他們原來的位置,兩個點本身並沒有移動。

所以你可以想像,在一個膨脹的宇宙中,我們看到的那些138億年前被發射出來的古老的光,它們並非在我們今天所觀測到的138億光年的位置所誕生的,那些138億年前發射出光子的物質已經遠離我們而去,而且遠大於460億光年。事實上現在可觀測宇宙的半徑最外延距離我們460億光年的天體在他們誕生之前,發出光子奔向地球的時候,距離我們大概僅在4200萬光年的距離。

以上的說明代表著,如果相對空間分離的速度超過光速,即意味著一點發出的光速永遠到達不了另一點。是的恰如人世間的每一場分離一樣,宇宙所展現的分離,從來都比光速都要快,以數字的方式無情揭示出你我的距離是無止境的增加的,除了已經落到我們視線中的光,遠去的永不可追逐。

科學研究者通過推測和計算得出結論,未來宇宙的可見極限半徑大概是620億光年,那麼這是宇宙的大小嗎?還很難講,我們甚至說不出宇宙是個什麼形狀,宇宙到底是什麼摸樣的我們至今仍不知道,甚至可能永遠也無法知道,如果宇宙是有限而無界的,顯然我們觀測到的數值是大於宇宙實際大小的。


什麼是空間?很多人可能會回答:長、寬、高。簡而言之一個由長度單位度量的某種東西。或者一個定位,一個裝著所有我們熟識物質的空闊的盒子。

只要稍微認識一下愛因斯坦提出的尺縮效應,我們就會驚訝的發覺,我等曾經對長度的認識是如此片面。

超越空間,使這個概念變得虛幻起來的最經典的認識來自量子糾纏現象。它啟發我們轉過頭來從新認識到底什麼是空間。

牛頓以及過去很多科學研究者告訴我們,空間是一個盒子,物質放置其中,這種看法容易理解,但顯然是不太正確的。愛因斯坦及其以後的大部分科學研究者告訴我們,空間就是物質本身,它會彎曲、變形。

雖然這同樣無法對量子糾纏現象中信息的超光速傳遞作出解釋,空間的確定性正在喪失。

如果仔細考察一下和空間有關的辭彙,例如方向、位置、距離,你越來越會發覺空間這個概念開始變得靠不住,如果你沒有率先規定一個方向,你將不能劃分其他任何方向。當你描述一個物體所在的位置,你勢必需要援引其他物體的位置為參照方可確定其位置。這種繞口的描述使你認識到,有些我們習以為常的概念其存在基礎相當可疑——他們自己替自己證明。

這就是經驗世界中的空間,換而言之,人類過去認識到的空間。而經驗世界以外的現實世界告訴我們:絕對位置顯然是不存在的。正如我們的宇宙找不到一個中心一樣,你任何一點出發認識到的不同的宇宙實質上都是我們這個宇宙,它們之間當然是相同的,因為只有這一個宇宙。不同僅僅來源於我們的認識,源於我們輕易產生的不經過清洗確證的經驗。

在前面的討論中,我們已經知道了宇宙正在膨脹,而且那些曾經在距離我們4200萬光年距離之遠的物質發出了一些光子,現在他們遠遠的移動到距離我們460億光年的距離上去了,那些被發射出來的孤獨的光子花了138億年漫長的時間在膨脹的空間中等待,等待我們所在的空間膨脹到將之納入其中,它們最終到達我們的視線。

我們發覺空間本身會變大這個事實輕易使位置、距離的概念失去其定域性。空間本身也開始變得無從捉摸了,比空間更快遭受到挑戰的是時間。


對時間最直接的誤解,在於將其當做某個類似空間的維度。

如果果真如此,昨天、今天、明天,從根本上就是同質的,都已是「先在」被決定了的,始終存在,我們只是還沒到達那裡。

如果真是這樣就太好了,這意味著過去恰是可以再次到達,一切既定的都可以努力再改變。無情的命運在無情中為挽回一切偷偷開闢了道路。

這種溫柔的認識,常常帶來時間旅行的幻想,帶來回到過去糾正我們人生小小遺憾之可能性的錯覺。

但,大概真的只是種錯覺。

如果確實有這種維度,這種時間的描述一定是通過確認某一狀態整個宇宙粒子運動狀態的形式來達成的,這是全知全能的拉普拉斯妖的時間觀,而絕不可能錯誤的屬於人類。

時間似乎是天然存在的,但宇宙和人一樣,如果沒有一個時鐘依靠,時間本身並不存在。換言之,它必須具備方向性,在指出變化的過程中才終於誕生。

兩位科學工作者在試圖把引力量子化表達時得到了一個奇怪的結果,那就是大名鼎鼎的惠勒-德維特方程。代表時間的變數t從中消失了。

有什麼還能比時間更確證無疑?事實上,時間本身已經開始在我們的審視下變得靠不住了。

在現代很多凡人發表自己的意見之前,哲學家休謨就在討論因果關係的問題中挑戰了時間有史以來至高無上的地位。

時間的概念何以如此古怪,我們在空間中並排放置的兩個東西,不會被人劃分成因和果,如同兩個並肩行走的人,空間上的位置,會使我們產生任何一點有關彼此因果關係的聯想嗎?

但時間上的先後次序常使人將兩件不同的事聯繫在一起,指出其中的因果關係,正如大名鼎鼎的「蝴蝶效應」,兩個事件中儘管已有近乎無窮的中介,但大多是認為有一條時間線將一切事件的發生串聯了起來,彷彿時間就是一條帶有箭頭的線條,其上的任何相鄰的東西就是緊密相連的。

長久以來,我們在現實生活中順著箭頭的方向,我們區分出過去、現在和未來。這種想法似乎沒有什麼不對,但不妨稍微花點時間想一想,什麼是「現在」?愛因斯坦曾在寫給一個朋友的信中說道:「過去、現在、未來僅僅是一種錯覺,雖然是極為頑固的那種。」狹義相對論認為「同時」這個概念是相對的,在一個參考系下同時發生的兩件事,在另一參考系下可能就發生在不同時刻。

舉個例子,我們都知道我們仰頭望見的漫天星光都是極其古老之前從遙遠的距離傳來的。你的現在正是它們的過去。假設你和另外一人分別坐上一艘宇宙飛船,以不同的速度遠離地球,某個時刻的光會先後追上你們,同樣的時刻在你們二者是不同的時刻。

對此更生動的解釋是「雙生子詳謬」,亞光速旅行使一對孿生兄弟的年齡不再相同,這一理論已經不再是一個理論,某些實驗已經證實了時間延緩的存在:靜止μ子的壽命約為2.2微秒,而當它們以0.9994c的速率運動時,其壽命會延長到63.5微秒,這與狹義相對論一致。

時間和空間一樣變成相對的了。

或者跟進一步的說,時間和空間越來越不可能成為單獨的概念。狹義相對論清晰的指出以不同速度運動的兩個觀測者對同一事件發生在何時何地會有不同的看法。廣義相對論更進一步指出引力可以扭曲時間。

時間真的存在嗎?而不是類似某種在我們的尺度中體現出來的演生屬性(emergent porperty)?我們觸摸到彼此,但身體的實質是以一大堆內部空無一物的粒子。我們感受到的時間又何嘗不可能僅是一種意識,僅是一種幻覺呢?

加利福尼亞大學已故的神經生理學家本傑明·利貝曾進行過一個有趣的腦波測量實驗,得出一個極其令人意外的結果,即我們產生知覺的神經活動出現的時間通常提前於在意識中感受到事件的時間。

換個角度說,我們的大腦調整了我們對時間的感受,在指揮神經元已經行動之後給我們一種自己做主的感覺。我們自覺的「自主意識」,總是落後和服從這一隱性指揮的。

但時間的存在,從我們的生命中,是不可否認的。因為時間的不對稱,因為時間的箭頭,切切實實永恆的指著一個方向,不管作出何種嘗試想要觸及過去,都是不可能的事。

時間未必存在,但無情的揭示出它至少有一個方向的正是我們這個宇宙本身,唯一不可逆轉的熵增,整個世界總是在向著混亂與無序的方向前進著的,無情且不可逆轉,這是我們這個宇宙間少數能確認的真正規則。

博爾赫斯說「我由時間這種物質構成」。他無疑是對的,你是,我是,大家都是。

對時空的探索與猜測還有很多,宇宙大爆炸並非唯一描述現存宇宙的模型,也不是其中最合理的那個。但無論是圈量子理論提出的前大爆炸圖景還是火劫圖景,時間和空間的確定性都受到了最嚴格的挑戰,有關二者的有限無限,時間的起始終結甚至方向,都還有許多探討,及其不確定性的展現。

我們必須清晰認識到,我們所認識的時間與空間常常只是經驗中的時間與空間,但未必是「真正的」、「正確的」時間與空間,這兩個概念固然存在於我們的經驗之中,但這二者本身——如果不存在,則其隨著我們觀念的變化而變化,如果存在,則獨立於我們的觀念之外。

可能確如愛因斯坦的提示,單獨的時間與空間早已不存在了,我們必須轉而使用時空(spacetime)來從新認識這個奇妙的世界。切勿使自己的認識固化,以至於錯失了如此多變美麗、不斷發展的時間與空間。

借他老師,數學家閔可夫斯基的話來說,時間、空間……或許還有我們曾自以為永恆的一切「註定消散在純粹的陰影之中。」


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