然而,17世纪末18世纪初的欧洲,发生了一场悄无声息的革命,城市居民的生活在这个时期发生了翻天覆地的变化。在这场即将发生的社会变革中,扮演重要角色的,就是精确的钟表。
1583年,伽利略发现了摆的等时性——摆的周期与摆长的平方根成正比。利用该原理,惠更斯于1657年制作了摆钟,又于1675年发明了摆轮游丝。这不仅使机械钟的误差减少至每天1分钟以内,也为便携式钟表的诞生铺平了道路。新式钟表结合了两种时间观念:指针的运动既模拟循环,也呈现流逝,时间单位从一刻钟精确到分,然后到秒。此后数十年间,它开启了一场影响深远的时间革命:钟表时间进入城市生活的每一个角落,激发了科学的火花,改变了社会的面貌,重构了人与时间的关系,推动了关于时间本质的思考。
托马斯·德·帕多瓦认为:“从我们的时间文化来看,17世纪可谓设置了全新的标准。”客观、数学的钟表时间不仅改变了日常生活,也冲击着原有的社会结构,打破了君主和教会对时间制度的垄断。随着私人钟表的普及,时间成为公共品,进而推动了个体意识的觉醒。
钟表的诞生,还促进了资本主义雇佣劳动的发展,给当时的欧洲人带来了全新的时间概念,人们开始有了“守时”的观念,工人们开始按时上下班,而且每天工作的时间也越来越长,开始从农业时代即将进入工业时代。而新型航海钟的发明,把海洋上的时间测量提高到了前所未有的精度,彻底解决了远洋航海中的定位问题。这为后来英国的海上霸权,以及欧洲对世界其他地区的殖民提供了技术基础。
关于时间的恩怨纠葛
近代以来的任何重大科学成果都不是某人被苹果砸中后的灵光乍现,而是历代知识的积累、传承和发展,是跨国交流与合作的结晶
既然本书叫作《莱布尼茨、牛顿与发明时间》,莱布尼茨、牛顿以及两人之间的恩怨纠葛自然是书中提到的重点内容。不过,这个有些老生常谈的故事,在托马斯·德·帕多瓦笔下,却有了生机。他运用多线叙事手法,将两人的经历与重大历史事件相交织,体现了300多年前西欧社会的动荡、变革与发展,主题围绕的还是——时间。
在牛顿的物理学中,时间是一条持续不断的水流。牛顿的绝对时间论在他的《自然哲学的数学原理》中是这样描述的:“绝对的、真实的和数学的时间,由于它的自然本性,不受外界影响而稳定地流逝,换种说法是持续不断地流逝。”同样,他对空间的看法也写入书中,“绝对空间由于自然本性,在不与外部事物发生关系的情况下总是不变和不能移动的”。
我们在日常生活中,不知不觉都在采用牛顿的这种时间观。比如,你和朋友说:“今天晚上七时半一起吃饭。”这句话里就包含着牛顿的时间观,我们似乎天然就假设,已经有了一个固定的时间背景存在,不会因为现在是夏天,七时半就变得比较晚;不会因为是冬天,七时半就变得比较早;也不会因为你在吃饭,时间就过得比较快。“晚上七时半一起吃饭”这个约定可以成立,就是因为时间成了一个绝对的概念。
牛顿关于时间和空间的绝对论是基于17世纪人类对周围空间物体观察的结果,也是基于17世纪人类能够实施的科学实验的结果。在牛顿去世100多年后的1890年,世界标准时间的倡导者、加拿大测绘工程师桑德福·弗莱明也成了绝对时间论的追随者。他在1890年撰写的文章《落伍的古代计时方法》中说:“时间不受物质、空间或距离的影响。它是普遍而非地区性的,它是绝对的单一,整个宇宙都一致。”
然而,跟牛顿同一时期的科学家莱布尼茨,却从纯理性的角度,提出了对时间概念的另一种全新的理解,他的观点还和牛顿针锋相对。莱布尼茨认为,宇宙中没有一种绝对的时间秩序,时间是一种“思想物”,它不能脱离我们的意识存在。
有时候,我们也会用莱布尼茨的思路来理解时间的概念。比如,我们可能会和同事说:“下班后一起去吃饭。”这句话里听起来没有任何的时间信息,我们完全不知道“下班之后”这个时间到底是在下午五时、六时,还是晚上的八时、九时,但这句话的意思是很明确的。我们能够感受到时间的流逝,就是因为我们一直生活在由因果关系构成的网络之中。
然而,遗憾的是,两个未能殊途同归的伟大灵魂从未谋面,也并没有公开地为自己辩论。因为,无论在学界还是仕途,牛顿都更加符合“成功”的标准,所以莱布尼茨关于时间的理论,长期被严重忽视。就像托马斯·德·帕多瓦所说,莱布尼茨的这种对于时间的理解一直处在牛顿物理学的阴影之下。尽管有许多哲学家非常关注莱布尼茨的观点,但这种思想没有能够影响科学界,所以很快就被遗忘了。
事实上,近代以来的任何重大科学成果都不是被苹果砸中后的灵光乍现,而是历代知识的积累、传承和发展,是跨国交流与合作的结晶——开放带来进步,封闭必然落后。在全球联动日益紧密而科技壁垒可能被重新筑起的今天,这样的信念尤为珍贵。
时间是我们思考的方式
只要大统一理论尚未建立,物理世界的终极图景没有展开,关于时间的讨论就不会结束——也许永远都不会结束
尽管牛顿的观点看似更被人们接受,可是到了20世纪,科学家们却抛弃了牛顿的时间观念,开始拥抱莱布尼茨所定义的“时间”。
19世纪末,人类全面突破自身经验的维度,哲学和科学界才重新发现关系主义的价值。
柏格森拒绝了时间的实体化和空间化,取消了过去、现在和未来的藩篱,将时间统一到绵延。在科学领域,恩斯特·马赫率先批判了水桶实验,否定了相对于绝对空间的绝对运动的存在。接着,爱因斯坦基于光速不变原理提出了狭义相对论,致使时间和空间不再相互独立,而是被统一为“四维时空”。1915年,爱因斯坦又在广义相对论中进一步指出,运动的同时性是相对的,每个观察者都能测得特殊的“原时”。不存在绝对的参考系,“空间和时间只是我们进行思考的方式”。
相对论带来的这种全新的“时间”概念也反过来带来了技术上的重大突破。我们生活中到处都有相对论所带来的影响。比如,人们现在每天使用的GPS定位上,也用到了相对论的时间修正。根据狭义相对论,高速运动卫星上的原子钟每天要比地球上的钟慢7微秒,而如果再进一步考虑广义相对论,卫星上的时钟又会比地球快45微秒。可能你会觉得这些误差太小了,比我们“一眨眼”的时间还快。可是,这种误差如果不进行修正的话,那么GPS系统的定位每天将会累积大约10公里的误差。从GPS这个例子中,我们看到了技术跟科学之间的复杂互动。技术对科学提出了要求,而只有当科学达到一定的程度,技术的实现才有可能。
你可能没法想象,关于时间的发明,会对人类产生如此巨大的影响;而随着科学的发展,我们得以从更多的角度认识时间。正如本书译者在序言中提到,它或许是物质运动或能量传递的方式——根据热力学第二定律,时间在大爆炸之前或热寂之后都不存在;又或许是生命意识的反映——心理学认为,我们所感受的“现在”不过是一段最多两三秒的时长。今天,虽然世人在日常生活中仍无法摆脱对绝对时间的想象,但已经倾向于认为,关系主义更接近时间的本质。然而,只要大统一理论尚未建立,物理世界的终极图景没有展开,关于时间的讨论就不会结束——也许永远都不会结束。
至少,在此之前,托马斯·德·帕多瓦讲述的故事可以让我们重新审视自己的时间经验、时间工具和时间观念,思考现代时间的“发明”及结果。如此,置身于躁动的时间之网,我们就能少一点无措和迷茫,多一分自信与坚强。
(刊于2020年8月22日解放日报读书周刊)
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