系统与内部时间，本文主要内容关键词为：时间论文,系统论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
内容提要 二十世纪以来，时间是现代科学革命的突破口。目前，科学时间观正在经历第二次重大转变。第一次是爱因斯坦完成的，从绝对性到相对性。第二次则是普利高津提出的，从外部到内部，其实质在于从物理性到生命性。
本文试图结合非线性科学的最新发展，将内部时间的性质和特征归纳为以下七点：⒈建构性 ⒉演化性 ⒊生命性（或内在活动性） ⒋全息性 ⒌相对性 ⒍复杂性 ⒎具体性
本文认为现代科学时间观与经典时间观的最大区别在于生命性。相对性是由生命性决定的。正是在这个意义上，当今“科学正在重新发现时间”。
随着系统科学的发展，普利高津近年提出了内部时间这一全新的时间概念。
二十世纪以来，时间是科学革命的突破口，内部时间的提出，标志着本世纪科学时间观的第二次重大转变。
第一次是爱因斯坦完成的，从绝对性到相对性。
第二次正是普利高津提出的，从外部到内部，从存在到演化，其实质在于从物理性到生命性。
笔者认为，第二次突破是更为重要和根本的。现代时空观与经典时空观的根本区别，不仅在绝对性和相对性，更在于物理性和生命性。进而言之，相对性是由生命性决定的。一种与系统科学相应的时间观正在形成。
与以往动力学时间相比，内部时间具有引人注意的不同性质和特征。本文将之归纳为建构性、演化性、生命性、全息性、相对性、复杂性、具体性等七大特性。
一 建构性（或主体性）
首先，内部时间的数学形式是一个非局域算符，而不是一个简单参数。时间的数学表达式及根本尺度是由人们对各种普适自然规律的认识所决定的，并与相应的物理学基本概念相联系。任何自然定律都有其特定的适用时间范围。
以往动力学的时间参数与轨道和波函数相对应，这种时间参数正是近代以抽象实体为前提的反映论之基础。时间作为参数意味着对于纯粹客体的纯客观描述。当认识对象作为完全独立于人的自在之物，主体与客体截然对立，自然规律必然被认为是对于纯粹客体的照相式反映，时间也就脱离了活生生的实在的演化而成为纯粹客体的纯间隔性、顺序性和持续性，成为完全独立和外在的容器。时间参数只能表征所谓“纯粹时间”，它与近代科学的基本定律及方法论原则——抽象分析及简单性、对称性以及决定论是协调一致的。
内部时间则与系统的熵相联系。时间作为算符出现不仅意味着科学，而且意味着科学认识论重大变革的开始。算符是一种具有活性的、能动的数学关系，它承担对于认识对象的规整、建构作用，经过算符规整的“本征态”不再意味着对“自在之物”的被动反映或摄影，而表征出对“为我之物”的主动变革、重组乃至创造，其间主体参与并融入客体，成为“本征态”的不可分割的有机成分。因此，内部时间算符本身即说明科学认识的对象是人所参与的宇宙。自然在人之先，人却在科学之先！“我们语言的界限也就是我们世界的界限”。
总之，作为现代科学的内部时间算符较之代表近代科学的外部时间参量有更为丰富的内涵和外延，以及更为广阔的适用范围。它的引入与概率、选择密切相关，它是否正在导致一场“开普勒式的革命”？从一种全新的时空观出发，我们或许可以找到现代科学和哲学认识论重建的起点。
二 演化性
内部时间与系统的演化密切相关，它是对系统进化程度的度量，而以往动力学时间与物体运动相联系，只是对物体机械运动的空间量度。
在以往动力学中，时间实质上只相当于一个“几何参量”，方程对于时间反演t→t不变，它是对称可逆的，时间的增减描述了物体作为一个点在空间的位移，我们称之为“运动时间”。
而内部时间则是对称破缺和不可逆的，与熵增方向一致，它表征系统作为活的机体的产生、生长和消亡的演化过程。时间的推进就是生命的展开，其本征值不是确定物体的空间位置，而是对应系统演化阶段的状态或进化程度，它是一种“演化时间”。
如果说，以往的时空是运动着的物质的存在形式，则内部时间便是演化着的系统的生存形式，它不是既成的，而是生成着演化着的存在的基本形式。
正如整体不能归结为部分，演化也不能还原为运动。演化比运动复杂得多，在科学“结束简单性理想”、“探索复杂性”的视野中，演化比运动更本质、更基本。演化不是运动的一种形式，恰恰相反，运动是演化的一种外在表象或简化形式。
三 生命性（或内在性）
内部时间是系统的内部变量，是物体的内部属性，而以往动力学时间是一种外部时间，并不涉及物体的内部属性，它是外在于物体的参照维度。
牛顿“绝对的、纯粹的数学时间”一维地、均匀地流逝而与任何外在情况无关。
相对论的时间虽与观察者运动速度有关，并最终由物体的质量分布所决定，但它是被动的，它虽与物体的存在不可分，并由物体所产生，但对于物体的演化来说，它仍是相对的外部参量。
总之，以往动力学中，时间只是一种“静态”的外部存在，它没有优惠的方向，没有任何东西区别一个动力系统的过去和将来。
而内部时间却具有不可逆的箭头，它似乎深深隐藏在系统不可逆演化的深处，由它决定的熵区分了系统的过去和将来。一个系统由潜熵向熵的转化是系统生命演化的动力，因此系统所具有的“转化能力”本身就是系统生命的标志，而描述这一能力的参量“熵”乃是内部时间的函数。追根寻源，宇宙生命之流的源泉不正在于一切生命本身的内部时间吗？它赋予每个系统以“年龄”，在这个意义上，时间就是生命，就是创造。在相对论中，时空结构影响了物体运动和力作用的方式，并同时为宇宙中每一事件所影响；而在系统科学中，内部时间决定了系统的演化，与之相应的时空结构就是生命本身。
时间是实在的，但不是人和自然在时间中，而是时间在人和自然中。不是物质的静态存在产生时间，而是系统演化的不可逆“动势”产生时间。运动的宇宙有一个钟，而演化的宇宙本身就是一个钟。时间的指针不是由机械运动，而是由生命演化自行带动的。时间具有了真正动力学的意义。就此而言，时间的本质在于对生命的内在发动中。
四 全息性
内部时间是一种全息性时间。一方面，它具有整体性，包含系统全息；另一方面，它具有分形性，携带宇宙全息。
注意到任何时间实际上由某种波动的频率或节奏所决定，并由此成为可观测值，那么，各种时间的区别必定会在波动的性质上表现出来。
牛顿力学和相对论力学的波都是机械波。地球运转、齿轮转动、乃至原子振动都可表述为机械波。我们日常的钟表是根据地球运转周期或频率制造的，其原理符合牛顿定律。相对论中由于高速运动，出现钟慢尺缩效应，但时间仍是运动速度快慢的反映，其作用和性质并未发生变化。
量子力学中的波已不是经典波，而是几率波。几率波表示的是粒子在某点出现的可能性，波函数则意味着潜在的存在。笔者认为，与几率相应的应是随机的、量子化的时间。在量子力学中，时间与能量、空间与动量受到测不准关系的制约。就此而言，“量子力学的确是与过去决裂的第一个物理理论”。
而现代动力学理论所涉及的波，则应是一种全息波。目前对全息波的研究正在进行。我们可以推测：这种波的基本物理量应是信息。全息波具有系统的整体信息，它是系统各分形元的波动，经干涉叠加后的平均，因此它是系统的整体统计，不能由系统的任一孤立部分决定。内部时间作为系统全息波波动频率，乃是系统生命的搏动，它反映的是系统演化的节奏而不是物体运动的速度。因此是对系统生命的整体的综合性判断。
同时，任一系统的内部时间又是更大系统，乃至宇宙的时间分形元，它“携带着表达自然界全局演变的时间之矢，”因此它一方面具相对的独立性，另一方面却与宇宙演化的内部时间有着不可分割的联系。随着内部时间流逝的生命演化，每一瞬刻同时是宇宙演化的缩影和重演。
开普勒曾根据一阕古典的序曲，写出了行星运动第三定律，那和声的节奏竟与行星运动的周期和距离的比例关系一致。伟大的音乐家和科学家，或许在灵感闪现的瞬间，感受到了太阳系生命节奏的共时全息。
海克尔的生物发生律，揭示了有机体的胚胎发育过程是其种族进化主要阶段迅速而简略的重演。皮亚杰的发生论，表明儿童认识的发展是人类认识发展过程的重演。他们都已认识到个体作为全息元的发生学意义，从个体的发展过程抓住了自然演化的历时全息。
总之，内部时间的全息性，既是整体的，又是单元的，既是共时的，又是历时的。“瞬刻永恒”，自然界中蕴含着历史的演化与嬗变的全息。今天，不同天文学年代的天体星系，不同地质年代的岩石地层，不同进化程度的生物种群，不同发展阶段的民族国家……作为浩瀚宇宙的同时共存，不是上帝创世的伟大，而正是时间演进的奇迹。
五 相对性
内部时间既与系统的生命节奏有关，并随生命节奏的改变而改变，因此它是相对的。
当爱因斯坦用诙谐的比喻向大学生们解释相对论时，或许已直觉地感到相对性正是由某种生命的节律所决定的。
对于内部时间而言，所谓外部时间也是相对的，因此亦不同于牛顿的绝对外部时间。
内部时间通过算符映射到一切系统结构之中，每一种基本粒子都有平均寿命，每一个生命体都有生物钟，每一个社会都有生产生活频率，每一个星球都有运转周期……任一系统的内部时间取决于各子系统的内部时间的平均值，同时又与同层次其他系统的内部时间协调形成更大系统的内部时间，它相对于原系统便是外部时间。因此，时间的“内”“外”只是相对于系统的“大”“小”而言，其间并无绝对的界线。
但生物钟并不同于日常所用的钟表，内部时间较以往动力学的外部时间更是性质与内涵完全不同的时间概念。
通过数学计算，普利高津证明了内部时间与外部时间保持同步，流向相同。人们往往以更大系统的内部时间，即本系统内时间的某种平均值作为统一的时间计量标准，以协调系统内各子系统的活动。
关于生物钟的研究表明，动物体内具有某些有节律的过程，它可作为可靠的时钟来使用。同时，动植物的有节律的生命演化又是由本身体内的生物钟所决定。而地球上一般生物的生理节奏和年周期节律是近似的一天或一年。这近似所意味的差异，恰恰表明内部时间不同于外部时间，每一个生物钟都具有“相对性效应”。而近似所涵容的统一，又表明内部时间与外部时间并非截然对立，生物钟乃是生物在长期的进化过程中与环境协调适应的产物。物竞天择，适者生存，一切生物都须依靠外部信息“校准”自己的“钟”，以尽可能与外部时间——地球乃至太阳系的变化周期协调同步。
每个人的内部时间，可以用年龄来表示。由于内外时间的同步性，人们以统一的钟表时间t计算人的年龄（t），年龄反映了人在某一生长阶段的一般平均状态的全息。t与（t）尽管数值相同，但含义迥异，不能混为一谈。同时，每个人生物钟所决定的生命节律，又必有“相对性效应”。相同年龄的人，其身体状况各个相异。就人和人类社会来说，我们面临的许多挑战和危机，不深深源于内外时间的冲突吗？
六 复杂性
牛顿的绝对时间也是简单的。当物体可约化为点，环境可视为虚空时，内在演化和环境影响就完全排除了，时间也就简单化、客观化了。当科学由古代的综合迈向一个新的分析的时代时，人与时间的分离，对于近代科学的建立，是重要的也是必要的。牛顿的时间，对于稳定的、简单的、他组织的系统是适用的。
与我们宇宙的发展协调一致，时间本身也随着自然体系复杂程度的增长而演化发展，内部时间从复杂性最低的动态系统开始，天文、地质、社会、个人具有不同的时间尺度，而“从石头到人类社会，时间之矢的作用（也就是演变节奏的作用）在增长。”
面对复杂系统的生命演化，外部时间终于无能为力。正因为如此，普利高津才引入了内部时间以描述系统演化的“态”。他说：“态的时间非对称性质甚至无法用通常的‘外部’时间参量t去表达。 为此目的，我们需要一个新的时间概念，使我们能够谈到每一态的（平均）‘年龄’。这样的时间概念是由内部时间算符（T）给出的“。
与生命演化的特点和系统的复杂性相应，内部时间是多维的、分维的、不均匀的，甚至允许有间断的，它也是复杂的。
因为内部时间是整体生命的体现，因此是生命体内各种生命波动多维叠加的整体综合。
譬如人之心电图反映心脏的内部时间，脑电图反映大脑的内部时间……而作为人的整体生命的内部时间必须是人体内所有这些生命波动的多维的非线性功能偶合。
内部时间具有全息性或分形性，由分形理论可知，描述这种全息或分形特征的定量参数即是分维。中医诊脉能判断一个人的健康状况，便是把握了脉搏跳动所传达的瞬间全息及分维特征。此外，内部时间并不“忘记”过去，恰如“面包师变换”，“过去”只是越来越紧密地被压缩和积淀在体系中，它使内部时间具有重叠、映射等拓扑特性，而拓扑正与分维相关。我们能够由现在推测一个人的过去，正因人以某种分形方式保留了以往经历的历时全息。
此外，一个生长着的生命，每时每刻都活跃着，在不同的发育阶段和不同的情况下有不同的生长速率和生命节律，因此，与此相应的内部时间亦应是非均匀的，甚至在某些特殊情况下允许产生间断。譬如医生用冷冻方法，可以使病人的心脏暂停跳动，然后再起搏。
总之，时间是基本的，但却不是简单的，它比我们想象的要复杂得多。
正如世界之丰富多彩，各态共生，时间本身也是多层次多样化的，各种时间因素相互作用、相互共存，呈现出与自然发展相应的层次结构。
内部时间适用于复杂的、有生命的自组织系统。
一旦人们认识了内部时间，科学也就结束了关于物质世界的简单性理想。
七 具体性
以往动力学时间是抽象的、无限的。而内部时间则是具体的、有限的。
经典科学的纯粹客观性，以及明晰性和确定性，是以生命性和完整性为代价的。作为近代科学方法论的简单性、对称性、几何化原则导致了时间的降格，内部时间被丢失了，成了“被遗忘的维数”。由此，一切具体的、不同的和变化着的东西也被约化成抽象的、同一的和永恒的东西。对经典科学来说，只有永恒的定律才被看作是科学理性的代表。科学的目光似乎成了美杜拉的眼睛，它将自己视野中的一切都盯成了石头和机器。
如今，科学“正在重新发现时间”，并经历着一个“向着多重性、暂时性和复杂性发展的根本变化。”内部时间是与具体的活生生的生命同在的，一切具体系统不免生存死亡，内部时间亦有始有终。
宇宙的时间从大爆炸的瞬间产生，人的年龄从诞生的一刻计算，家的历史从成立的那天开始……。一切有起源的东西，本身就包含着“有限”，宇宙中一切具体的事物都是要灭亡的，个体灭亡正是更大整体进化的必要条件。自然界发展的不可逆性是世界新生的根源，因为源于这不可逆性的内部时间必然会再度使世界“起搏”，无限永恒的东西无所谓内外和演化，正如康德所说：“这个大自然的火凤凰之所以自焚，就是为了要从它的灰烬中恢复青春，得到重生。”
内部时间的发现，标志着人类对时间的认识达到了一个新阶段，它不仅为我们理解自然，而且也为我们理解生命、人和人类历史提供了实证科学基础和新的“时间的视野”。
System and Internal Time
Li Shuhua
(Hangzhou Normal Institute)
Abstract
Basing on the newest development of the nonlinear science,this article attempts to sum up the natures and features of internal time in seven points as follows: constructiveity,evolutionarity, vitality, relativity, holographicity,complexity and particularity.The article considers that, the most essential nature which distinguishes the time view of present science from classical
science
is
vitality.Relativity is decided by vitality.In this sense,now "science is rediscovering time".