牛頓在構造他的古典力學體系時,仿照歐氏幾何原本,定了一些公設、定義與公理,其中時間、空間、處所和運動,他都沒有定義,而放在定義之後的附釋,因為他認為這幾個都是無法再說明,形同公設的觀念.
講到絕對時間的觀念,牛頓強調這個世界上沒有一種可以真正衡量時間的方法,不論是行星的運行或鐘擺,都是我們藉以分割時間的工具,其間沒有證據證明它們完全貼服於真正的時間的均勻流逝.愛因斯坦採取光速不變原理在牛頓看來,應該也只是另一種鐘擺而已,光速不變是一種純粹的假設.
因此,在以太漂流實驗(Michelson-Morley
experiment)結果出來後,古典派的物理學家勞倫茲(Hendrik
Lorentz)所做出的解釋認為,是運動者本身大小遭受扭曲,是運動者相對於以太(ether)移動時產生的效應.在勞倫茲轉換的邏輯下,我們並不需要廢除絕對時間的觀念.
換言之,是光子軌跡鐘本身變快變慢,而不是時間本身變快變慢.
愛因斯坦由光速不變原理所推導出來的狹義相對論,沒有真正推翻絕對時間絕對空間的思想,就古典派而言,它頂多是一個思維經濟(economy of
thought)下的精巧製作而已.牛頓的自然哲學從未否定,光因傳導的距離而造成的虛假的「共時性」,雙生子矛盾也無法推翻絕對時間的思想,因為光子軌跡鐘會變慢,人的生理活動自然也會變慢.
如此說來,絕對時間絕對空間的思想豈不是如同證明上帝存不存在一樣,是一種純粹的形上學?
從實證主義的觀點,任何形上學假設只要能符應實驗操作,都可以承認其有效性,愛因斯坦的相對論時空觀,正是在如此的狀況下,取代人們傳統的絕對時間空間觀念,畢竟假設整個宇宙瀰漫著傳輸電磁波的介質--以太,甚至認為物體迎向以太行進時會被擠壓變扁,聽起來不是一個太高明的想法,更何況,以太不像基本粒子一樣還能被加速器與雲霧室捕捉到,要說明的是以太並不是牛頓設想出來的.
然而,當我們要將相對論的原理適用到更大範圍時,可能要重新思考其背後的哲學是否可以繼續走下去.做為現代物理學兩大支柱的量子論與相對論,相互間最大的矛盾之一,即在於量子論隱含著古典理論中絕對時間的同時性.
再講到絕對空間,事實上,牛頓也說他無法確定這個世界是否存在絕對不動的參考坐標系.因為,我們看似靜止的眼前的這部電腦正隨著地球的自轉在絕對空間中移動,地球本身則繞著太陽,太陽又帶領整個太陽系在銀河系邊緣行進,而我們的銀河系又做著什麼樣的運動,我們不得而知.絕對空間可以說是一種純粹的認知範疇,如同康德所認為的,或許絕對時間與絕對空間都只存在於人的認知架構中.不論是相對論或非歐幾何學在描述時空的性質時,距離素樸的絕對時間絕對空間多遠,它的說明方式還是立基於絕對時間絕對空間的架構.
牛頓的思想其實非常深刻.他清楚看到看似靜止的物體可能在絕對空間中運動著,反過來,也許有一天我們會發現有一個宇宙之錨,我們誤以它在運動中.
他在<原理>(Principia)一書中,為了區分出相對於絕對空間的絕對運動與相對運動,曾以旋轉水桶為例子.他說,放開捲扭的吊索後,水桶起初旋轉,水桶相對於水體是運動的(反過來講也對,水體相對於水桶是運動的),而水面平靜無波.慢慢地桶子帶動水體旋轉,水體因此加速度而產生離心力,最終造成水面中央凹陷,水體與水桶達到等時旋轉,水體相對於水桶是靜止的.當一個人站在水桶的立場看,最初水體是運動的,卻沒有離心力作用,待水體靜止時,反而有離心力作用.此時,站在水桶的觀察者就可以確認水面中央凹陷是因為它在做絕對運動,即使相對於水桶而言,它沒有在運動.
即使我們無從測知絕對運動的運動軌跡,但透過旋轉水桶實驗,我們證明了絕對運動是存在的.
奧地利物理學家馬赫卻不認可這樣的證明,他認為我們是不可能真正區別出絕對運動與相對運動,如果以旋轉水桶為例,我們也可以解釋成是四周的星辰圍繞木桶的旋轉,其引力的吸引水體到桶壁,使水面中央凹陷,聽起來或許很奇怪,不過我們也無法否認遠方的星辰是可以有這樣的引力影響水面.
所以,雖然看起來,牛頓照盤全收一般人對時間空間的觀念,但運用到運動上時,他是經過深思熟慮的,至於馬赫以及他的後繼者愛因斯坦,將絕對運動與相對運動不加區分地用等效原理來處理,在形上學的觀點上,並不一定比牛頓優越,不論是相對論或量子論,在解釋現象的能力上,都遠遠不如牛頓古典體系的明白易解.牛頓的絕對時間空間思想也不是那麼膚淺,我們有必要重新回頭來認識,尤其是要解決量子力學中的同時性問題,更需要對時間與空間的本質更多釐清.
顯然地,牛頓所討論的時間與愛因斯坦所討論的並不相同,這或許可以給我們一個啟示,量子論中的時間與相對論中的時間是同一回事嗎?也許我們只是用著同一個詞在指涉根本不同事物,畢竟,古典力學、熱力學、相對論、量子力學對時間性質的描述各個不大相同.
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