时间问题：自然科学的困惑与出路，本文主要内容关键词为：自然科学论文,出路论文,困惑论文,时间论文，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。
中图分类号：B016.9 文献标识码：A 文章编号：1000—5919（2007）04—0052—07
历史上对时间问题的讨论已经是汗牛充栋了，但是人们对时间概念的了解却还不是十分清楚和统一。时间是什么呢？时间是“计量运动的数”（亚里士多德），是一种“思想方式”（笛卡尔），是“一种接续的秩序”（莱布尼兹），是事物变化“绝对的均匀的数学的流逝”（牛顿），是“感性直观的方式”（康德），是“变易”和“现实存在着的抽象”（黑格尔），是“绵延”（洛克、贝克莱、柏格森等人），是“人类发展的空间”（马克思），是“一切存在的基本形式”（恩格斯），是事物存在的“根本条件”（列宁），是“事件发生的次序”（《中国大百科全书》）。《大美百科全书》（1991年台湾版）有一段关于时间概念的描述：“事件的发生和事物的持续在一个称为‘时间’的维度上，这个事实在人们的经验中是直接熟悉的，但对于时间概念研究得愈深就愈会发生困难。”
时间带给人们理解上的困惑，由来已久。如果时间有开始，则开始之前是如何开始的呢？如果时间没有开始，那么无限长的时间是如何过去的呢？这就是康德悖论。庄子曰：“有始也者，有未始‘有始也者’，有未始‘有夫未始有始也者’。”[1] 这话虽然绕口，却是十分的明白：假如时间有一个开始，那么这个开始之前，一定还有一个没有开始的“开始”；在这个“没有开始的开始”之前，也一定还有一个没有开始的“没有开始的开始”。如此循环乃至无限。对时间理解上的困难，和时间自身的特殊性有关，时间不像物质那样可观察，不像空间那样可测量，它看不见，摸不着，来无影，去无踪。时间这些隐蔽的特性，给人们的研究带来许多困难，目前对时间的研究主要依赖于自然科学的成果，而自然科学在方法论上存在着很大的弱点。
一、科学研究中的时间问题
自从相对论问世以来，国外有不少哲学家和科学家在时间的研究方面做了大量的工作，特别是在时空拓扑特性、时空度规、量子化时空、大尺度宇宙时空结构等领域取得较好的进展。如史蒂芬·霍金、科普学家G.J.威特罗、化学家普利高津等人就是著名的时间问题专家。自然科学研究时间问题时，从来不太关心时间的本质问题，而是把研究的重点放在时间的属性上，也即时间的特性问题上。根据人们的研究程度，时间的属性大致包括时间的维度问题、时间的方向问题、时间前进的方式问题、时间存在的形式问题等四个方面。下面分别概括之。
第一是时间的维度问题。人们总把空间描述为是三维的，而常常把时间描述为是一维的东西，由于时间是一维的，所以过去只有一个，现在也只有一个，未来必定是只有确定的一个。自然科学很关心时间的维度问题，但主要是在时间的度量特性方面，苏联学者莫斯杰巴宁柯说：“其实，相对论基本上是一种关于空间和时间的度量性质的理论，这种性质与空间、时间的数量方面，即与广延和延续相联系。至于空间和时间在质的方面，即在它们的结构性和有序性方面所特有的最根本的拓扑性质，其本质和起源现在仍然非常费解。空间的三维性和时间的一维性，它们的不间断性和时间的不可逆性等等，在相对论中都是被简单地设定的。为什么我们的空间和时间刚好具有这样一些而不具有其他一些性质，这仍然是完全不清楚的。”[2]14 按照莫斯杰巴宁柯的说法，到目前为止，时间的一维性和不可逆性仍然是一个简单的假设，我们仍然不能清楚我们为什么这样而不是那样假设这样的问题。但是随着科学的发展，对空间的研究出现了多维和分维的理论，自然也有人考虑到时间是否也存在多维和分维的情况。分形理论认为，自然界事物的变化和世界的本性是不光滑、处处不可微的，甚至空间与时间的维数都不是整数，就像海绵一样充满皱褶和空洞。分维理论改变了过去线性平直的时间形象。多维时间观认为，事物是在多个维度的时间中变化发展的，存在无限多个未来世界，也可能存在无限多个的过去的世界。这种时间观的特点是把事物发展的可能性看成是现实的时间维度，可能性是多样的，因而时间的维度也是多样的。
第二是时间的方向问题。自古以来，时间的方向问题几乎是和时间概念同时产生的。人们把时间比作河流，深切感受到时间像东流水一样一去不返。用河流作时间之比喻，仅仅是为了说明时间的方向性，也只能说明方向性问题。莫斯杰巴宁柯在《宏观世界、巨大世界和微观世界的空间和时间》一书中问了一个有趣的问题：既然时间是河流，那么河床是什么？日常生活中人们感觉时间有方向，是因为人生易老、青春易逝，昔日的小孩逐渐长大，慢慢地变成了今日的老人，而今日的老人却不能慢慢地变回到昔日的小孩儿。进化论坚持的时间方向和热力学第二定律坚持的时间方向是不同的，前者认为生物总是沿着简单向复杂、低级向高级的方向发展，后者认为世界总之沿着有序到无序的方向演化。
第三是时间前进的方式问题。即时间是间断性的还是连续性的前进，是直线前进的还是循环往复的？芝诺悖论对时间的讨论，留下了时间间断性和连续性的争论，辩证法认为时间是间断性和连续性的统一。古代有直线时间观和循环时间观的争论，辩证法认为时间是直线和循环的统一，是螺旋上升（螺旋运动包含两种运动，一种是圆周平面上的循环运动，一种是垂直于平面的直线运动）。应该说，辩证法已经部分解决了时间前进方向问题，但是任何事情都不会是绝对的，随着人类知识的进步，人类将会发现更多的矛盾。
第四是时间存在的形式问题。即时间是线性存在的还是非线性存在的，是作为瞬时存在的“点”还是作为跨点存在的时间段（线段和直线的形式）？时间概念自产生以来，基本上表示一种运动和变化的关系，这种关系可以用数学表示为一种函数关系，而函数关系是有线性和非线性之分的，于是出现了线性时间和非线性时间的争论。我们认为，数学是对现实世界的理想化的模拟，而且只能模拟事物“量”的一面，却不能模拟事物“质”的一面。在数学中，时间仅仅是作为一个参数t存在的，参数t在具体的函数关系中可能是线性的，也可能是非线性的，这是运算法则造成的，并不能根据参数t是否是线性的来断定时间是否线性的。
二、对时间概念的僵化理解
然而，实际上自然科学对时间概念的理解是僵化的、单调的、非人性的。主要特点有：
（一）时间描述的空间化倾向。当代理论物理学喜欢把时间和空间统一起来考虑问题，不管是闵可夫斯基的时空流形还是霍金的光锥，都可以看成是空间化了的时间概念。
实际上，时间描述的空间化倾向是世界上很多民族都存在的共同问题，尤以古希腊学术传统为甚。心理学家皮亚杰研究了儿童心理后，发现人的时空概念不是先天就有的，是在后天的实践当中动作和操作逐渐内化而形成了空间、时间、因果性等概念的，其中时间概念的形成要晚于空间概念，一般要到十多岁后才能慢慢形成。从各民族的语言来看，时间概念比空间概念产生得要晚，时间概念往往要借用空间概念来表达。如从汉语词源看，时间的词义来源于对空间和运动的认识，它包含两个内容，一是时，一是间。时字，古作“旹”，象征太阳在天空中的运动。英文用How long既可以提问时间的长度，也可以提问空间的距离，汉语也有类似的现象。德语Gegenwarty原来是指面对面的意思，后来衍生出“在场”的意思，逐渐演变为“当前、现在”的意思。语言现象往往反映某种思维规律，时间是无形的、抽象的，人们在远古与大自然作斗争的时候，更多的是通过物质运动的视觉效果来总结空间特性，而时间却不然，时间概念是人们通过外界和自身存在的比较后的产生出来的。这就可以说明为什么康德把空间看成是“外感觉”，而把时间看成是“内感觉”的缘故。事实上，人们在早期的生活实践中，时间概念相当的模糊，对时间概念的理解也确实依赖于空间概念。如白天通过太阳在天空中的位置（或者太阳投下的影子）判断时间，夜晚通过星辰的运动，通过燃烧的木条，通过燃烧的炷香，通过燃烧的蜡烛来判断时间；僧侣以诵经的页码来判断时间；中世纪的人们依据教堂的钟声来判断时间；等等。[3]
较之时间，空间显得更为直观、更为确定，这有利于科学的研究。空间和时间特性的不同点有：1.空间直观，人们的想象力主要是空间的思维能力，所以人们的思维可以直接把握空间；而时间看不见，摸不着，又不能简单地去想象。2.空间具有排列、大小、层次等结构，便于比较和衡量；而时间却没有明确固定的结构。3.空间具有相对静止的特性；而时间却是不断流变着的。4.空间具有外在的客观的现象；而时间的流变必须通过内在意识的参与才能有所体验。5.空间遵守严格的逻辑规则；而时间却可以是独立于逻辑之外的。
就科学研究的传统来看，科学只能研究相对理想的客体，而对于处于时间变化当中的事物，则远不如象研究空间那样来得容易。可以说，近代科学文明是在空间至上的思想统治下形成的，这使时间的研究得不到应有的足够重视，时间研究的状况和当前发达的科技发展水平很不相称。
（二）时间理解的数学化倾向。自伽利略以来，时间一直作为坐标系的一个参量。由于牛顿力学的伟大成就，三百年来使得那个绝对、流逝的、数学的时间成为自然科学家头脑中不变的观念。爱因斯坦相对论从根本上推翻了牛顿的绝对时间，但是仍然保留数学意义上的时间。用数学手段来机械地量化时间，似乎成为自然科学不变的法则。
（三）时间概念的非人性化倾向。自然科学理解的时间，是脱离了人的时间，是超越了观察者自身的时间，是纯粹“客观”的时间，因为这种时间没有“现在”，只有一系列过程。这种理解时间的重要前提是，假设时间是物质存在的一种属性、一种纯粹客观性质的秩序，而且假定：离开了人的观察和评定，时间依然能作为表征事物运动变化的一种尺度。
（四）时间测量的实在化倾向。现代计时技术的进步，推动社会不断朝着高精密度计时方式前进。对科学的崇拜和对计时技术的坚信不疑，促使人们逐渐地把自然时间的“流逝”等同于钟表的运动，因而反过来，钟表就成为时间的代名词了。
（五）各个学科停留在各自狭窄的领域里理解和应用时间概念。由于各学科研究的领域和对象之不同，它们对时间概念的理解和应用是不同的。宇宙学、天文学有自己的时间体系，地质学、生物学有自己的时间体系，人类学、历史学也有自己的时间体系。尽管相对论已经发表一百年了，但是它的观念很难渗透到日常生活以及与生活相关的研究领域，如化学、生物学、历史学、人类学、心理学、管理学、经济学、社会学等，这里不一一列举。这些学科无论在理解上还是应用上都没有超出牛顿时间观念的框架之外。
当代科学取得了日新月异的进展，但是科学的发展似乎无助于时间问题研究的进展。究其原因，乃是科学的本性所决定的，科学研究时间之不可能，日渐显现出来。
三、时间问题中的悖论
从纯粹科学视角来看，不但找不到时间的本真意义，而且关于时间问题自身也矛盾重重。历史上关于时间的悖论有许多，著名的时间悖论有芝诺悖论、康德悖论、麦克塔伽悖论等。
1.芝诺悖论——时间和运动之间的矛盾
古希腊爱利亚学派的芝诺，擅长思辨和逻辑，他留给后世几个谜一样的悖论，两千多年来吸引多少哲学家、科学家和智慧爱好者们围绕着它们绞尽脑汁、争论不休。直至目前为止，要在逻辑上彻底地解决芝诺悖论带来的理性困惑，还不是一件易事。
根据亚里士多德的记载，芝诺留下了四个悖论：1.“你不能在有限的时间内越过无穷的点”；2.“阿基里斯永远不能追上乌龟”；3.“飞矢不动”；4.“一半的时间可以等于一倍的时间”等等。芝诺和他的老师巴门尼德为主要代表的爱利亚学派，否认事物的运动变化，认为万物是静止不变的，时间是永恒的。他们坚持存在和时间是相互独立的，物质不在时间中变化，时间也不参与到事物之中。这四个悖论的表述虽然各有侧重点，但是其内在意义却是一贯的，即通过对运动现象的分析，挖掘运动中存在的时间矛盾，并反过来刻意地用这种矛盾来否定运动自身的存在，从而达到维护本派哲学主张的目的。
稍具常识的人都会看出来，悖论里的结论是完全错误的。芝诺悖论的困难本质上不是逻辑的困难，而是对时间观念理解上的困难。确切地说，是面对这样的问题，我们到底要运用什么样的时间观念系统来考察运动现象。
2.康德悖论——自然时间和理念时间的矛盾
康德四个悖论，可以复述如下：
1—1.正题：世界在时间上有一个起点，就空间来说，也是有限的。
1—2.反题：世界在时间上没有起点，在空间上没有界限；就时间和空间双方面来说，它都是无限的。
2—1.正题：每一个复合体既是由单纯部分做成的。
2—2.反题：每一个复合体不是由单纯部分做成的。
3—1.正题：因果关系有二类，一类是依照自然律的因果关系，另一类是依照自由律的因果关系。
3—2.反题：因果关系只有依照自然律的因果关系。
4—1.正题：有一个绝对必然的存在者。
4—2.反题：没有一个绝对必然的存在者。[4]
可以看出，第一个悖论是关于时间和空间的悖论（其他悖论这里暂且不论）。依据康德的原意，可以把“时间悖论”简述为：（正题）世界在时间上有一个起点，（反题）世界在时间上没有起点。
康德认为双方都能自圆其说，致使理性陷入了不可解决的矛盾之中。他认为双方的出发点都是错误的，混淆了“现象”和“自在之物”的界限。时间虽然是属于变化的现象界的，但时间的变化仍然以永恒的实体为参照，时间的本质取决于不可知的“自在之物”，所以对时间有无开端的争论究竟是不可知的。
康德悖论中的时间概念，其中存在两个不同的理解倾向，一个是自然时间，一个是理念时间，这两个时间概念是具有完全不同的内涵，因而形成了理性不能解决的矛盾。
3.麦克塔伽悖论——自然时间和生活时间的矛盾
19世纪初，麦克塔伽（J.M.E.Mc Taggart）（R.M.Gale,ed.,The Philosophy of Time,New Jersey:Humanities,1986,p.65）提出关于时间的新悖论，当时曾引起了不小的轰动，麦克塔伽被称为现代的芝诺。吴国盛评价说：“他的论证，构成了全部分析传统中对时间的哲学分析的一个起点。”[5]218
麦克塔伽认为，我们对时间的理解并不是完全一致的，通常可以概括为两种的理解方式，第一种方式涉及“过去”、“现在”、“未来”的划分和定位，他把具备这种划分的事件所构成的系列，称之为A系列；第二种涉及事件之间的排序，即孰先孰后的问题，对于客观既定的事件来说，事件之间的先后关系是不变的，他把这样的事件构成的系列称之为B系列。麦克塔伽认为，通过A系列和B系列的区分，可以避免对时间问题的模糊讨论，避免概念所指的差异而造成论证上的困难。然而，A系列和B系列之间是什么关系呢？是不是A系列和B系列各代表不同的时间本质呢？
当时有许多人参加了这个问题的讨论。如罗素就认为，“过去”、“现在”、“未来”必须联系到人类的意识才有意义，而事件是可以脱离人的存在而存在的，如果存在比人类意识更早的事件，那么这些事件就不会被划分到“现在”和“未来”里去。他认为只要有变化存在，就有事件在时间中，在取消A系列的情况下，事件的变化仍然可以在B系列中发生，所以B系列是本质的。
麦克塔伽的观点正好相反，他相信时间的本质就在于A系列之中。首先，他认为B系列中的事件是作为固定的事件而出现的，或者说是一个永久性的事件的持续，这不能算作有任何变化，对于没有变化的事件就等于说没有时间，所以B系列不能构成时间系列。其次，他认为A系列是不能缺少的，离开了A系列，则B系列也不能单独存在，事实上B系列的先后关系只有建立在A系列的“过去”、“现在”、“未来”的基础上，才能为人们所理解。他认为，现在的东西不断地变成过去，过去的东西也不断地变成更古老的过去，未来的东西逐渐地向现在走来，一切都在不停地变化之中，过去不是固定的过去，它是不断地变得更加古老的过去，未来不是固定的未来，是不断地走向现在的未来。
麦克塔伽强调A系列本质地位的同时，进一步发现A系列自身也存在着矛盾。既然只有A系列是真实的，而且任何一个事件不可能同时占有过去、现在、未来，那么我们如何才能定位一个事件处于什么阶段呢？麦克塔伽提供的答案是用“时刻”来划分，然而按照前面的理解，“时刻”也要通过A系列才能确定下来的，于是形成这样的问题：任一个A系列的定位需要借助于某个“时刻”，而某个“时刻”又处于另一个A系列之中。归纳的结论是，任一个A系列都要借助于另一个A系列的定位，同时任一个A系列又可以作为另一个A系列的定位标准。就是说，A系列的定位必须借助于无限后退的其他A系列，于是对A系列的讨论陷入一个无法规定的矛盾之中。
四、找寻新的视角——人类学的回归
科学研究离不开逻辑的推理和经验的实证这两个强力工具，通过前面三个时间悖论的介绍，发现单纯用理性维度去理解时间，有些矛盾是永远无法克服的。看来对于不能用逻辑严格推理和证明的时间问题，科学所能做的也只剩下经验实证这个工具了。然而，无论是在日常生活中还是科学研究当中，时间都没有特定的可观察现象（时间隐藏在运动现象的背后），而科学研究恰恰是探索现象之间的关联，因而科学就连经验实证这个工具也不能用了。所以说，科学从诞生之日起，在方法论上就与时间的研究相去甚远。
尽管牛顿用数学的绝对的时间来构建他的体系取得了成功，尽管爱因斯坦相对论对时空与物质关系取得更加令人满意的成就，但是时间的本质并没有在科学中得到真正的解决。虽然我们可以用分析的方法去透视它，却不能完整地把握它。科学昌明为时间的研究提供多角度的材料，这些材料不过是一种佐证，要还原时间的本来面目，单靠这些片鳞只爪是远远不够的。近代科学深受机械唯物主义的影响，将世界看作是时空中存在的一部机器，整部机器及其各部分都受制于一定的自然规律，机器的运转完全可以按照既得的规律而被界定和测知。相对论虽然反对时空与物质的分离，但是作为考察者、领会者、思想者的人，仍然被抛到黑暗的角落里。海德格尔认为包括相对论在内的任何物理理论所涉及的都是非本真的流俗的时间，它“决不能提出一般的时间问题”。倒不是科学不深刻，主要是因为科学那一套工具理性决定了科学研究形而下的层次。李政道说：“科学的尽头是哲学。”因此，从更高的层面上看，科学在时间本质问题上遇到的困惑和矛盾就可想而知的了。
普里高津认为，生命的过程实际上是一个远离平衡态下的耗散结构。这种结构是宏观体系的自组织现象，呈现出定向的时间特性。因此，以生化反应为机理的生命实际上是一种时间性结构，从个体的发育来看自组织完成了生命现象的自反馈和自调节，使每一个生命都成为一个相对独立的体系而存在，从族群来看生命沿着从低级到高级、从简单到复杂的方向进化。普里高津认为，所谓的时间就是潜藏于有机生命乃至人类社会的演化的这种不可逆的性质。普里高津从科学的角度把时间问题还原为生命问题。但是，我们可以清楚地看到，普里高津的理论具有一定的局限性，他的耗散结构理论只是在生命起源低级阶段上取得了一些突破，至于这种理论能否推广到其他领域，还有待于进一步的证明。实际上普里高津自己也认为，作为不可逆性的表征，时间的起源是一个宇宙论问题。这是耗散结构理论的局限，也是普里高津关于时间观点的局限性。普里高津的时间理论基本上还是站在自然哲学的角度，忘却了人的存在，把时间问题放置在与人绝缘的地方审察，使得时间的本质一开始就被遮蔽了起来。
普里高津的工作是试图改变自然科学研究时间问题的一种努力，但是他并没有完全成功。究其原因，乃是他仅用科学的方法来克服科学自身的不足。在方法论上说，他最后努力的失败是必然的。
自然科学对时间研究的困难，使我们有机会尝试一种新的视角，来重新理解和研究时间的本质和属性。从人类自身存在的方式和意义来反省、领悟时间的本质，是一个具有相当魅力的问题，在这里，我们称之为时间问题的人类学回归。
海德格尔认为，时间的本质不能去宇宙中寻找，也不能从内在的意识中寻找，时间的意义只在于人的生存活动之中。马克思经过一生的思考，对时间的理解从自然界转向了现实的人本身。他说：“时间实际上是人的积极存在，它不仅是人的生命的尺度，而且是人的发展的空间。”[6]532 实际上，时间既不是纯粹的客观过程，也不是纯粹的观念产物，时间是人们对社会生活不断变迁的感悟，物换星移、王朝更迭、人事变迁、社会发展、生活改善、生老病死、悲欢离合无不反映人们对眼前流逝的挽留和对未来的期望。这种“挽留”和“期望”交织在一起，展现出每个人唯一的、无奈的、却又进取的积极人生。这就是时间的真正本质之所在。把时间总结为人的一种积极存在的状态、人的生命尺度、人的发展空间，应该说，这是对时间本质的最高概括。
既然时间是人类的积极存在，因而生存就不仅仅是一种顺应环境的过程，而是改变环境的过程。人在实践中，通过自身内在能力的外化和放大，达到改造世界，使之符合人的理想和目的。更重要的是，人只有通过展现自身智慧、力量的实践，才能在不断反思、自我否定和超越当中，领悟到生存的意义和价值。海德格尔认为，我们不能有“存在是什么”的提问，其理由是存在本身不是静观的对象，存在是时间性的、流变的过程，这种时间性的过程只有人——时间性的存在者才能去思考其意义。因此说，海德格尔在解释存在意义的时候，已经先定了时间的流变本质，这种理解比之古希腊赫拉克利特的万物皆变、无物长存的朴素思想，具有相通之处。作者以为，海德格尔的成功，不在于他发现了时间的秘密，而是他发现了存在的时间特性和人生的时间价值。“时间不是一种‘空洞的’抽象绵延，它是人的第一生命。”[7]310 人的时间是有限的，人是唯一有时间感的生物，在实践中，人的生存离不开对时间的计算和忧虑，这就构成了人生内在的张力结构：时间是有限的，如何在有限的时间内，创造最大的人生价值。这种张力的结果是，在有限时间中的无限实践，成为人生的积极的内容。
从哲学角度来看，人是有诸多缺陷的存在物，是不够完美的存在物，是不断完善自己的存在物。但是人具有先天的改造环境为我所用的内在动力，人类对环境的合目的性改造的革命本质，为人类摆脱生存压力提供条件。可以说，人类的活动历史，是一部改造不合目的性的环境、使自己从生存压力中解放出来的历史。人类这种解放自我的动力，来源于人类自身的特质。人类的特质只有在不断的实践活动中才能得到部分或充分的展现和澄明，这些展现和澄明，不是静态的物——人关系或人——人关系，而是动态的历史过程。正是在这个时间性的历史过程中，人在社会活动中特别是在生产实践中表现出巨大的主观能动性，成为社会蓬勃向上的积极因素，成为历史发展的动力源泉。这一切规定着人类生活积极向上的基本格调。历史本质上是人类为实现更好生存境遇的活动过程，这种活动过程中贯穿着人类意志的时间之流，便汇聚成为滔滔不绝的历史长河。
历史是人在生存中的“有所为”，自然界并没有真正意义上的历史。当我们的视角从自然回归到人自身的时候，当我们善于从历史中寻找生命灿烂的天空的时候，解开时间神秘面纱的日子将不再遥远。
收稿日期：2007—03—18