物理时空观的进展

物理时空观的进展

时间和空间是哲学的基本概念（范畴），也是物理学的基本概念。因为它们与“物质”这一范畴紧密相关。

至今看来，对它们最科学的“定义”，是由辩证唯物主义给出的哲学“定义”：“空间和时间是运动着的物质的存在形式。空间反映了物质存在的地位（位置）及它的广延性（大小）；时间反映了物质运动过程的持续性（长短）和顺序性（状态先后）。”该“定义”最科学地反映了“时间”“空间”概念的本质。

作为基本概念的物理量，还应人为规定它们的单位。

“米”：原来规定通过巴黎子午线的四千万分之一为1米。1983年国际计量大会从稳定性考虑（可准确复现），最新规定为“米是光在真空中1／299792458秒内所经过的距离”。

“秒”：最早是以基于地球自转的“平太阳日”来规定的。一个“平太阳日”的1／86400为1秒。1967年国际计量大会更改为：“位于海平面上铯-133原子基态的两个超精细能级之间在零磁场中的跃迁周期T与1秒的关系为：1秒=9192631770T。”

一切基本概念物理量的单位都是基于实验的人为规定。从可以“准确复现”考虑，随实验技术水平的提高，单位规定的更改是必然的。当然这必须国际上做统一规定才能生效。

应该明确指出恩格斯基于自然科学成果得出的辩证唯物主义时空观虽“源于”自然科学，但却“高于”自然科学的认识。这里的“高于”二字，并非指哲学的认识超越自然科学的认识，而是指从实践中得到的正确的（即科学的）抽象。辩证唯物主义时空观汲取了当时经典物理时空观中唯物主义的合理部分，抛弃了其形而上学的内容，突出了辩证法因素。以后的物理学发展表朋，恩格斯关于时空观的论断至今也没有过时，而且物理学的发展又在不断丰富和发展这一认识，对现代物理学时空观的研究仍然具有指导意义。

辩证唯物主义时空观是对自然科学（尤其是物理学）时空观的概括和总结。它来自于自然科学，又随自然科学的发展而不断丰富其基本观点。

物理学时空观与哲学时空的主要区别是其带有明显的“相对性”。即随着物质分布层次的深入（宏观到微观）或拓展（宏观到宇观）以及运动状态的改变（由低速到高速运动），物理时空观必定不断进行变革，越来越反映实际。但每一相应的时空观都有其适用范围（局限性）。物理学时空观的进展不断丰富和发展着哲学时空观的基本观点。

时间和空间作为物理学的基本量，应有其“定性定义”和“定量定义”，这在物理学时空观进展的不同阶段，其内容是有区别的。下面主要从反映时空概念本质的“定性定义”方面阐述物理时空观的进展情况。

时空观对物理学研究的重要意义甚至可以这样说：时空观的变革才是科学理论重大变革的基本标志。物理学研究的发展表明，科学理论的重大变革往往以时空观为突破口，并伴随新时空观的产生。

一、物理学的旧时空观

创立物理学旧时空观的主要代表人物是古希腊的哲学家亚里士多德（Aristoteles，公元前384—322年）和古希腊天文学家、地理学家托勒密（C．Ptolgme公元90—168年）。

这一时空观在历史上从公元前三世纪至公元14世纪，延续了一千五百多年，直到欧洲文艺复兴时期以前。

旧时空观以前的古代时空观是“天圆地方”的“盖天说”——一种宇宙有限论。但没有摆脱神学的影响，认为宇宙之外是上帝的栖身之地，宇宙是由上帝创造的。

旧时空观的形成，却更多地来自于对一些实际观测的解释。而且是历史上第一次企图从客观上给予宇宙一个统一体系的认识。因此，它具有朴素的唯物主义思想（虽然并没有完全摆脱神学的影响）。

旧时空观的主要观点反映在“地球是宇宙中心”的“地心说”中，到托勒密时期，它已形成了较完整的宇宙结构学说。

“地心说”的主要内容是：地球是圆球形的。它位于宇宙中心不动。宇宙是封闭的。由球面天幕（天球）包围着。天幕内充满空气、土、水、火及天体物质。日、月、行星（当时只知有五颗行星）位于地球与天幕边界之间，它们都围绕地球以圆形轨道旋转，并根据运动越快的天体离地球越近的原则，排列了它们的顺序（即月球、水星、金星，太阳、火星、土星，其他恒星天体）。而远离地球的宇宙最外层是神灵居住的极乐天堂。

虽然，“地心说”认为物体的运动为神力所驱使，但对物质运动的具体解释，却力图从物质本身去寻找原因。这是具有朴素的唯物主义思想的，从而它有一定的科学价值和实用价值。例如，它认为物体具有寻找自然归宿的普遍特性。物体运动的原因是“它们还没有达到各自的天然位置”。以月球为界，宇宙分为两部分：“月上”的物体其天然位置在天球上，因而它们均随天球作圆运动；“月下”的物体天然位置在地球中心，因此它们都作落体运动，物体愈重，下落愈快。物质中较密集的部分尽可能地接近宇宙中心，所以造成了球形的地球。从而也使古代时空观中的“上”“下”绝对观念失去了意义。这是造成宇宙中物质分布不均匀，形成中心对称宇宙的原因。尽管这种解释今日看来并非正确，但却是历史上第一次从物质

本身去寻找物质运动原因的尝试。它能够在当时解释地球附近物体的落体运动。尤其对行星运动作了许多精确的说明。如很好地预测行星方位等等。在航海、天文、历法及生产实践中起了很重要的作用。其成果被沿用一千多年。“地心说”在实践中的应用，说明这一理论本身基本上是唯物的，是在一定程度上反映了客观实际，是人类认识史上的一大飞跃，是物理时空观的重大发展。

但是，由于历史的局限性，“地心说”本身存在许多不符合实际的错误结论。如认为地球不动，承认有绝对静止的存在；认为地球有处于宇宙中心的特殊地位，承认宇宙有中心；认为圆运动是宇宙中天体最完美的运动。这既忽视了物质运动的复杂多样性，也忽视了从物质相互作用的角度去寻求运动轨道的动力学原因。没有将“从物质本身寻找原因”这一思想贯彻到底……。正由于该理论本身的缺陷，在托勒密死后约一千多年时，托马斯·阿奎那（T·Aguinas．1226—1274）将“地心说”与神学结合成一体，为宗教神学所利用。地球在宇宙中的特殊地位为宗教神学的上帝创世说找到了“科学根据”。神的力量支配时空，支配天上及世俗的一切。他们抹杀了“地心说”原有的科学道理和方法，反而将“地心说”变成压抑、禁锢人们继续探索自然奥秘的枷锁。谁反对“地心说”，就是反对“上帝”，就是异端邪说。“地心说”完全被唯心主义者利用了。

但是，应该明确指出，“地心说”被宗教神学利用，那是托勒密死后一千多年时的事。因此不能否定“地心说”原有的朴素的唯物主义的内容。笼统地将“地心说”本身说成是唯心主义的，是不符合客观实际的。

以“地心说”为代表的旧时空观的主要观点是：

1．承认时间、空间是客观存在的。“地心说”虽承认“神灵”的存在，但并没有说神灵在支配时空，而是力图从物质本身去寻求运动的原因，没有让时空观念带上唯心主义的色彩。

2．在空间概念中，正确的认识到“上”“下”观念是相对的。但是，它的宇宙空间却是有限的，是有中心的。

3．承认时间的无限性。因为它至少承认了天体圆运动的永恒性。但没有说明宇宙有无起源，即时间有无起点的问题。（被宗教神学利用后，强加于“地心说”的时间起点是神创宇宙之时。这并非“地心说”原来的观点。）

“地心说”中没有明确说明时间、空间二者的关系，以及时空与物质的关系；更没有说明时空与物质运动的关系。

二、物理学的经典时空观

创立物理学经典时空观的主要代表人物是波兰天文学家哥白尼（N·Copernicus．1473—1543）、意大利数学家和力学家伽利略