时空 物质存在对物质存在相互作用对相互作用运动对运动描述

时空认识来源与三个物理学基本问题
[ 2005-11-8 21:46:00 | By: 李师愚 ]



时间与空间的意义是个至今仍然困惑着我们的古老哲学问题，用现代的眼光看它也是一个必须由物理学研究承担的课题，因为我们无法对没有物理学意义的时间与空间给出什么纯粹的哲学意义。探索这个问题必须深入分析时间与空间的认识来源，以期发现并纠正由经验、常识掩盖在我们思想深处的基本错误，从坚实的物质认识基础出发重新审视时空理论乃至整个物理学。
客观地看，时间与空间的观念应该是人类长期观察物质世界得出的认识。作为人类对物质世界整体认识的一部分，时间与空间认识的发展应该与其它认识的发展一样，是一个从主观逐渐走向客观的过程。时至今日，这种发展应当如何继续，或者说我们现在的时空观中还含有哪些不为我们察觉却应该被去除的主观成份，是一个值得认真思考的问题。
当代的物理学过于远离哲学，物理研究似乎只有建立极度抽象的数学模型与想方设法寻找实验证据这样一种思维模式。轻视哲学的后果是我们对数学形式的关注远甚于对思想背景与内含的关注，看不清貌似无关的物理问题之间意义更深的内在联系。哲学思考虽不能替代模型抽象与实验验证，但模型的思想基础以及对实验结果的理解都必然受到哲学认识的支配，这是物理研究不可能超越哲学指导性的根本原因。对模型与数学的过度依赖使物理研究迷失了方向，寄厚望于统一场论的同时我们是否还应保持一份这样的思考：物理哲学是否还应包含一些模型抽象与数学形式不能胜任的内容？如果存在某种统一的物理理论，这种统一的哲学形式究竟应该如何体现？
物理学的观察对象只能是真实的物质存在，对物质存在进行比较是我们认识物质存在及其运动规律最根本、不可或缺的方法。可以这样说，我们的全部物理实践都必然用某种形式表现出物质存在之间的比较，所有具有物理意义的认识最终也必然来源于物质存在之间的比较，这是一切物理实践与认识必须遵守的根本原则。反过来说，那些不可能通过物质存在的比较获得的认识就不可能通过对物质存在的观察获得证实，因而就不具有物理学乃至自然科学的意义。
历史上长期占据统治地位的牛顿时空观现在依然有着巨大而深刻的影响，全面准确地认识这种影响并不是一件简单的事情。牛顿时空的根本问题在于它是一种超越物质的自我存在。在牛顿的思想体系中，时空与物质的存在性没有任何关系，换言之，即使物质不存在，时空也可以有着它自己的哲学与物理学意义。基于这种理解，时空成为一种描述物质存在的理想工具，现实中使用的种种物质化时空标准只不过是便于表达而采用的直观形式罢了。因此，牛顿的时空作为认识(我想牛顿本人也不会同意将时空本身就看成物质存在)不需要也不可能来源于物质存在之间的比较。照此看来，深受后人批判的时空“绝对性”在牛顿那里就显得十分自然了。
爱因斯坦相对论对牛顿时空有一定的批判，但这种批判并没有建立在完全否定时空自我存在性的思想基础上，因而具有相当的局限性。下面我们将从认识来源角度重新审视牛顿时空与相对论时空,并通过这种讨论对“惯性系”、“光速不变”与“测不准原理”这三个物理学基本问题得出新的认识。

一、时空的自我存在性与惯性系

作为时空描述模式，参照系用参照物标准(参照物体)、空间度量标准(尺)和时间度量标准(钟)共同构成一个标准体系，从而对全部物质存在给出数学意义上唯一确定的时空描述。牛顿时空思想的实质是脱离物质的自我存在对物质存在的描述，从参照系的角度看表现为两个方面：一是空间和时间度量标准本质上是不依托物质的自我存在。虽然我们日常使用着物化的时空标准，但认为它们可以因为物理作用而发生变化，如尺可以随温度热胀冷缩，钟表走时可能失准，这种变化就是与那个被认为是能脱离物质自我存在的时空标准相比较而言的；二是参照物标准本质上是物质的存在状态，且可不依托物质自我存在。如牛顿绝对静系、惯性系主要就是指某种特定的物质存在状态。物质存在可以处于这些状态，也可以不处于这些状态，与其它物质存在的相互作用可以使物质从一种存在状态转变到另一种存在状态。自我存在的度量标准与自我存在的状态共同承担牛顿时空观中自我存在(先验)时空关系的描述。
牛顿时空之所以成为不依托物质的自我存在，很重要的一个原因是它要超越普遍存在于物质间的相互作用，只有这样，时空才是“不变的”，才适合作为衡量可以因相互作用而变化的物质存在的标准。用“不变”描述“变化”是自然合理的选择，问题在于这种“不变”的认识如何获得，如果不可能通过物质存在之间的比较获得证实，它就因为没有来源而变成了一种错觉、误解。
参照物标准的自我存在性意味着任何物质存在都不能确保一定处于惯性状态，反过来离开了物质存在我们又没有办法观察惯性状态，这就引出了物质运动规律(以下称物理规律)的认识来源问题：我们究竟是通过惯性系来认识物理规律(如牛顿定律)，还是通过物理规律来认识惯性系？牛顿引入绝对静系(哲学家与物理学家们称其不可感知)的作法不过是用另一种自我存在处理原有自我存在带来的问题，但学术界对绝对静系的不认同并没有上升到彻底否定时空自我存在性的认识高度。问题的遗留成为爱因斯坦创立相对论的出发点之一。爱因斯坦希望分步去除牛顿绝对静系(狭义相对论)与惯性系(广义相对论)这两种具有特殊地位的参照物标准、而不是参照物标准自我存在性的思想说明他也没有把握住问题的根本，因而相对论依然没有脱离用自我存在时空描述物质存在的认识本质。狭义相对论时空与牛顿时空之间的一个明显区别是不同惯性系间时空度量标准的变化，然而这种变化根本上就是一种自我存在，而不来自于物质存在之间的比较，对运动尺收缩效应与运动钟变慢效应的解释非常清楚地说明了这一点，因而爱因斯坦的“相对”只能是无数自我存在的时空关系之间的相对，绝不可能是真实物质存在之间的相对。沿着这种思路，广义相对论主要是进一步引入了物质存在对时空的作用(时空弯曲)，时空的自我存在性依旧。
我们是如此地习惯于非物质自我存在的时空认识，以至于与其说是牛顿、爱因斯坦的思想影响了我们，倒不如说是牛顿、爱因斯坦与绝大多数人一样没有发现隐藏在我们思想深处的基本错误。一方面我们认为“各向同性”、“线性”等属性为时空所固有(这类说法教科书中比比皆是)并且会影响存在于时空中的物质存在的行为，另一方面我们又认为没有任何不通过物质存在就能证实这些属性的手段，那我们何以认定这些属性就是时空的而非物质的呢？
我们必须彻底清除根本不来源于物质比较、自我存在的时空思想，让空间回归其物质存在关系的本质，让时间回归其物质运动变化的本质。时空应该是物质存在对物质存在的描述，即构成参照系的三种标准应该在哲学意义上真正具有物质存在的可观察属性。只有这样，物理规律才能像历史事实表明的那样来源于对物质存在的观察比较，惯性系问题才能还原成物理标准与规律的认识来源问题，在哲学层面上以与物质基本相互作用具体形式无关的方式加以解决。
爱因斯坦自认深受马赫视一切运动(包括匀速与加速，平动与转动)为相对运动认识的影响，并将其在相对论中发展成物理规律与参照物标准无关的思想。建立广义相对论与发展统一场论的种种努力表面上看是为了解除物理理论对惯性系的依赖，其哲学本质则是对物理规律认识来源的探索。以自我存在的时空观为思想基础，这种探索不大可能与物理标准自身的认识来源联系起来。要在思想上将时空描述标准从自我存在还原成物质存在，根本性的问题恐怕要这样提出：数学意义上的标准(简称数学标准)是否等同于物理意义上的标准(简称物理标准)？包括时空描述标准在内的物理标准的认识来源是什么？物理规律的认识来源又是什么？换种说法，是否任何形式的物质存在都同样适合作为时空描述标准？物理规律是否与选择哪种形式的物质存在作时空描述标准无关？如果不是，选择某种形式的物质存在作为“标准”的依据是什么？或者说“不变”的认识来源是什么？
什么是数学标准？什么是物理标准？物理规律又是什么？让我们从物理哲学角度来考察这几个问题。数学标准的全部意义在于提供物理量的量化描述，只要能够得到确定的比较结果，任何物质存在都可以作为数学意义上的度量标准。作为数学意义上的度量标准，不同物质存在在认识过程中没有优劣之分。所谓“物理规律”应该是以某种物质存在为标准对其它物质存在所做众多观测结果之间表现出的一种联系，从这个角度看，选定数学标准虽然是建立定量物理描述以及进行物理观测的前提，但不能确保以不同存在为标准所得观察结果会表现出同样充分的内在联系，换句话说，就物理规律的认识而言，它只是必要条件，不是充分条件。事实上，恰恰是在取不同的物质存在作为观察标准并将采用不同标准所得观测结果作整体比较之后，我们会发现相对其它物质存在而言，以某些物质存在作标准所得的观察结果之间能够呈现出更多的被我们称之为物理规律的相互联系，从而确立了这些物质存在在物理意义上更为优越的标准地位，这种优劣之分是物理标准与数学标准最根本的区别。普通人仅凭日常经验即可断定一根钢棒与一段橡皮筋相比，无论从哪方面说都是物理意义上更好的空间度量标准，只是这种认识太过平常，以致几乎无人注意到隐藏在背后的深刻哲学含义。因此，与物理规律一样，物理标准是在对物质存在的观察比较中认识到的，或者说，对物质存在的比较是物理标准与物理规律共同的认识来源，从这个意义上讲，认识物理规律的过程同时也是确定物理标准的过程。
相互作用与运动是物质存在的根本属性，物质存在的比较是以这些属性的存在为前提的，因而不能超越这些属性，通过比较认识到的物理标准亦不能超越这些属性。对物理研究来说，真正的意义在于找到某种方法使我们能够知道哪些物质存在是更好的物理标准，而不在于对上述属性的超越。具体到参照物标准可以这样说，我们既不需要牛顿静系，也不需要惯性系作为认识物理规律的前提，需要的是通过比较知道地球是比月球更好的参照物标准，太阳是比地球更好的参照物标准，而宇宙中某个恒星是比太阳更好的参照物标准。时空关系不仅是物质存在对物质存在的描述，也是相互作用对相互作用的描述，运动对运动的描述。那种超越相互作用的物理标准与牛顿静系一样，只是存在于我们头脑中的虚幻，如果不彻底清除，物理理论就无法摆脱以某种无来源认识(必然是主观想像)为思想基础的困境。
在相对论中，物理规律关于时空变换的协变不能仅仅被看作是一种数学形式，它使得自我存在的时空变换成为物理规律的一种认识来源。物理规律应该是一种认识的必然，如果这是爱因斯坦苦心追求的哲学目标，那么他的问题则在于相对论获取这种必然性的形式——通过自我存在的时间与空间度量标准(或时空关系)的变化来使不同的参照物标准(或者不同的观察者)自动获得一种认识物理规律的平等性。牛顿静系无非是希望用唯一的时空关系描述全部物质存在，当然，作为一种先验关系，它不来自物质存在的比较。相对论否定的是牛顿静系的特殊与唯一性，而不是其先验性，是用无数不同的先验时空关系替代单一先验时空关系来描述物质存在，是用不同先验时空关系的比较替代物质存在的比较。从本质上看，这种替代仍然是一种对物质存在比较的否定，进而必然导致对物质存在比较作为物理标准与物理规律共同认识来源的否定。相对论用无数先验时空关系的存在确保任一物体无论如何都能联系于其中之一，或者说，在与任一物体联系的观测者看来，无论其它物体处于何种运动状态，都有一种自我准确的时空描述无条件地伴随自己存在。如果说这种理解还只保持了时空关系先验本质的话，那么成为时空变换的自然产物则使物理规律在本质上也可以脱离物质存在而演变成一种先验的自我存在。物理规律认识的必然性与物理标准认识的必然性是共存、不可分离的，这种必然只能是对物质存在比较后所得认识结果的必然，而不必也不应该来自某种超越物质存在的平等性(一种先验存在)。只要时空关系还是一种先验存在，物理学就不能真正抛弃虚构的“惯性系”参照物标准，不能真正成为哲学意义上的“相对论”(“相对”的最终哲学含义应该是一切认识来源于物质存在的比较)。
回过头看，如果说马赫对牛顿静系的批判不失为对一种自我存在的否定，那么批判主要针对参照物标准则使之不全面，不能认识到物理标准亦需要认识来源则使之不彻底。虽然马赫的相对运动思想已经反映出运动来自物质存在之间比较的认识，但是还没有摆脱对参照物数学标准与物理标准的混淆，这种混淆也引导爱因斯坦走上了试图用数学方法解决哲学问题的研究道路。数学只是一种能够对比较结果进行细致处理的方法，并因此成为物理研究的有力工具，它不能取代物质存在的比较成为最终认识来源，这应该是对数学使用限度的一个哲学界定。

二、同时性对应、光速不变与时空描述

牛顿时空与狭义相对论时空都用先于物质存在的时空关系描述物质，其不同空间位置之间的同时性对应必然是这种时空关系的产物，也就是说，其同时性对应是由先验时空关系确定的。所不同的是相对论时空中同时性对应对所有观测者不再保持统一。一但物理认识不再源于这种先验的出发点，或者说用物质描述物质的思想重新审视物质世界，情况将如何呢？
人类是从自身的生理感观以及由其决定的日常接触范围开始认识物质世界的。现在我们知道，就这种空间范围而言，物质环境满足一种特殊的物理条件：存在一种运动速度极快的物质——光，其发出与接收可近似视为同时的(所谓信息传播速度无穷大)，这就是说，如果收到的两个光信号是同时的，即可认定它们的发出是同时的，用通俗的话说，就是如果我们看见两件事是同时的，它们就是同时发生的。因此，光不可避免地成为了在不同空间位置之间建立同时性对应的物质手段。这种特殊的物理条件使人类在积累物理知识的原始阶段就自然(没有意识到，所以应该是不自觉的)形成这样的时空比较模式：如果我们同时看见物体一的A点与物体二的C点重合(或者说在空间上无法区分物体一的A点与物体二的C点)，物体一的B点与物体二的D点重合，就可认定物体一AB两点间的空间距离与物体二CD两点间的空间距离在看见的那一时刻相等。同理，如果我们看见计时钟一的E读数与计时钟二的F读数同时，就可认定计时钟一的E读数与计时钟二的F读数对应于同一时刻。仍然同理，如果我们看见物体一A点与物体二C点的重合与计时钟读数E同时，物体一A点与物体二D点的重合与计时钟读数F同时，就可认定计时钟E读数至F读数这段时间里物体一相对物体二运动了CD两点间的距离。
上述特殊物理条件下自然形成的时空比较模式可以归纳成如下几点：第一，同时性对应作为一种物理认识，实质上是由真实的物质存在描述的。其次，时间与空间的比较乃至对运动的描述都是以同时性对应的确定为前提的，换句话说，时空比较是以同时性对应为认识基础的，时空关系的确定依赖于同时性对应关系的确定。最后，光这种物质手段在事实上已经成为了确定同时性对应的物理标准。
先验时空观为什么至今仍在人类的思想中占据统治地位恐怕不是简单的一句话能够说清楚的，可以肯定的是，光速的极大性对产生这种错觉有帮助作用。在先验时空关系中，相距无穷远的物体之间也存在同时性对应关系，这种关系的确定必须以存在运动速度无穷大的物质为前提，但是我们现在不相信真实物质存在能有无穷大的运动速度，所以这种同时性对应的存在是无法用物质方式证实的，或者说这种同时性对应是没有物质认识来源的。
从另一方面看，前述物理条件的特殊之处仅仅在于光速被近似处理成无穷大，其结果是不同光信号接收的同时性等价于信号发出的同时性，如果普遍情况下这种等价关系不成立，那么该条件只是影响了同时性对应的判别方式，或者说只是简化了同时性对应的判定，而不是时空比较以及关系依赖同时性对应的原因。这就提示了我们，时空关系与同时性对应究竟谁决定谁是可以，并且也应该重新认识的。如果说先验同时性认识源于先验时空关系的话，那么反过来以物质存在作为同时性对应的认识基础，再在此基础上建立时空比较模式及时空关系，则不仅同时性对应有了物质认识来源，时空关系也有了物质认识来源。事实上，一但抛弃先验时空观，我们面对的情况是如果不以同时性对应的确定为前提，根本就没有符合观察事实的时空比较模式，更谈不上时空关系描述。至于同时性对应的物理标准，就人类现有的物理知识积累来看，除光以外，还有能更好地满足高速、易感知、普遍存在这几项要求的某种物质选择吗？所以，同时性对应决定时空比较模式及关系，光是描述同时性对应的物理标准，这应该是普遍成立的。
为了建立同时性对应，有必要对观测者或参照物标准(抽象成点模型)私有时刻做如下定义：发生在观测者所在处的不同物理事件(如来自不同物体的光信号的到达、由观测者处发出一光信号)，观测者如果无法分辨它们的先后次序，则对该观测者来说这些事件发生在同一私有时刻。反之具有物质认识基础的观测者私有时刻可以这样定义，所有相互之间无法分出先后次序的物理事件共同定义了某观测者的一个私有时刻。观测者收到计时工具走到不同刻度的信号是一类特定的事件，观测者的计时行为是用该类事件对其它事件进行的描述。观察事实表明，如果两个物理事件对某一观测者来说是在同时同地点发生的，它们对其它观测者来说也是同时同地点发生的(事件时空描述的单值性)。
某观测者建立的同时性对应理解为该观测者以光做物理标准在所有不发生在观测者处的物理事件与该观测者私有时刻之间建立的一个对应。普遍意义上的同时性对应关系定义可通过如下事例说明。某观测者向一带有反射镜的物体发出一光信号。信号发出为第一事件，信号被反射为第二事件，观测者收到反射信号为第三事件。对观测者来说，无论怎样选取计时工具，信号从观测者到达物体的时间间隔与从物体返回观测者的时间间隔相同。换种说法，若第一事件对应的私有时刻记为A，第三事件对应的私有时刻记为B，则第二事件与观测者的(A+B)/2私有时刻对应，或称该事件发生于(A+B)/2时刻。前述特殊情况下，A与B近似为同一私有时刻，则反射事件可近似对应于A。在此基础上，某观测者的私有时间可自然地理解为由该观测者建立的同时性对应构成的序列。
必须强调指出，同时性对应作为一种可以用物质方式证实的、比时空关系更为基本的物质联系，其意义在于用物质描述物质的思想建立一种普遍意义上的时空比较模式。虽然建立对应要以选定计时工具(选数学标准)为前提，但是用不同计时工具所建立的对应之间可以相互比较(以共用同一参照物标准为前提)，时间标准应该是观测者通过这种比较选取出的(选物理标准)，这意味着并没有什么先验的时间度量无条件地联系于观测者。
对于一个观测者来说，属于同一同时性对应的全部物理事件共同定义了该观测者可观察到的全部物质存在之间的一个空间关系。必须指出，以同时性对应为认识基础的空间描述依赖于光速，而光速是有限的，所以这种空间描述的范围必然是有限的，这一点与经典理论及狭义相对论的空间描述有所不同。空间关系由同时性对应确定意味着反过来同时性对应的确定不能依赖空间关系，不然理论将陷入没有意义的认识循环，这就从逻辑上要求光速对一个观测者来说必须是常数，否则在一般情况下就建立不起确定的空间关系。
同时性对应作为光这种物质存在在不同物体之间建立的一种物质联系，与某一物体自身的物理性质没有特殊联系，这意味着同时性对应物理标准速度(光速)对所有观测者(或物体)相等。这可用如下事例说明：根据物体的分合原则，在一定物理条件下，一个物体可以分化为两个物体(如从地球上发射一艘飞船的物理过程)，一个以上的物体也可以合并成一个物体(如陨石坠落地球的物理过程)。对于各部分来说分合的物理过程不能改变光速，而合并状态意味着各部分共有一个光速，由此可推断光速对所有观测者(或物体)相同。
一般情况下，由于抽象成空间点的观测者不能依据信号到达的同时性认定信号发出的同时性，空间度量是通过时间度量与光的运动共同实现的，这时可以认为光速替代了空间度量物理标准，或者说空间度量不能独立于时间度量。在近距低速情况下，光速的极大性使同时性对应可以近似地依据接收的同时性认定，空间比较近似地与时间度量无关，空间度量独立于时间度量，空间度量物理标准必然选取尺的形式，这应该是尺形式空间度量标准的认识来源。所以尺并不是空间度量物理标准的完备形式，而只是特殊情况下的一种近似形式。
两个不同观测者各自建立的同时性对应的相等关系定义如下：在观测者一建立的同时性对应中所有与A私有时刻对应的事件都在观测者二建立的同时性对应中与B私有时刻对应，反之在观测者二建立的同时性对应中所有与B私有时刻对应的事件都在观测者一建立的同时性对应中与A私有时刻对应，则称观测者一A私有时刻的同时性对应与观测者二B私有时刻的同时性对应相等。
前述的同时性对应相等关系在一般情况下是不成立的，这可以通过下面的反证法证明。设有两个联系于不同物体的观测者，其中观测者一观测到观测者二联系的物体在作远离自己的运动，我们来考察这样一个事件序列。事件1：观测者一向观测者二发光信号；事件2：观测者二将该信号反射回给观测者一；事件3：观测者一将反射信号再反射给观测者二；事件4：观测者二再次将收到的信号反射回给观测者一。按照前述同时性对应规则，对观测者二来说，事件2到事件3的时间间隔与事件3到事件4的时间间隔相同。而在观测者一看来，事件3到事件4的时间间隔显然应大于事件2到事件3的时间间隔，否则他不可能观测到观测者二联系的物体在远离自己运动。这就是说，事件3到事件4的时间间隔与事件2到事件3的时间间隔之间的关系对两个观测者来说是不同的。另一方面，如果在这个事件序列持续的时间过程中每个观测者的一个同时性对应都能无条件等同于另一方的同时性对应之一(这种等同关系在双方的对应序列中如果存在应该是一一对应的)，则意味着两观测者可拥有同一计时标准，也就是说事件3到事件4的时间间隔与事件2到事件3的时间间隔之间的关系对两个观测者来说是一样的，与前述矛盾。
由于一般情况下属于不同观测者的同时性对应不相等，我们可以得出如下推论。一：一般情况下对于某个观测者来说同时发生(或者说属于同一对应)的两个事件，对于另一个观测者来说可以不同时发生(不属于同一对应)，这与相对论的结论相同。二：由不同观测者建立的对应之间一般不可比较，联系于不同物体(或者说不同参照物标准)的观测者所用时钟之间一般也不存在准确、快慢等属性的相互比较。三：由于用某观测者对应确定的两个不同物体的空间距离是用属于同一对应的两个事件确定的，对另一观测者来说这两个事件可能不再属于同一对应，反之亦然，因而一般情况下两个不同物体不再共同拥有唯一确定的相互空间距离，也不再共同拥有唯一确定的相对速度。四：由二、三可知，普遍意义上时空描述标准的优劣比较不能简单地理解为仅在同一种类标准之间进行的比较(如参照不同参照物标准的时间度量标准之间的比较，参照不同参照物标准的空间度量标准之间的比较)，而应该理解为由时间标准、空间标准、参照物标准三者结合成的标准系统的整体比较。时空描述标准的准确性则取决于以其为标准对可观测到的物质存在的观测结果之间所表现出的规律性程度。
先验时空关系的取消使时空与事件之间的认识关系从时空确定事件变成事件确定时空。观测者的观测对象本质上从可以脱离物质存在的纯粹时空点回归到莱布尼兹所倡导的真实物质点及其延续。传统意义上的时空变换表示的是不同观测者测量同一物理时空点所得的不同结果，纯粹时空点概念的取消使得这种认识在普遍意义上失去了赖以存在的理解基础。一般来说，观测者建立时空关系必须通过比较选取物质度量标准，这意味着将时空变换理解为不同观测者时空关系之间的一种唯一确定的对应关系是不正确的，因为这种关系认识必然先于选取标准所需的物质比较认识而成为一种先验存在。在近距离低速条件(前述特殊条件)下，对不同观测者建立的同时性对应可做相等的近似，这意味着不同观测者可以共用时间标准，可以有共同的空间比较，可以共用空间度量标准，从而也可以共用相互距离与相对速度。这种情况下，时空描述标准的比较可以简化为单纯的参照物标准之间的比较。这也可以理解为伽利略变换的认识来源及物理意义。
改变了同时性对应认识与时空比较及关系认识之间的依赖关系后，我们必须对时空观做如下认识调整：物质世界是通过某种运动的物质媒介表现自身时空关系的，就我们目前的感知能力而言，光是这种媒介的最佳选择。时空实质上是非媒介物质存在之间的关系，是非媒介物质存在通过交换媒介物质建立起来的一种相互联系。在物质描述物质的时空模式中，媒介物质成了一种特殊形式的存在，对所有非媒介物质的运动速度相同使媒介运动成为一种绝对运动。从建立时空关系的角度看，观测者与观测对象都不能联系于媒介物质，因为那将无从描述，事实上我们从未观察到光物质存在之间的相互作用，因而没有光对光的时空描述。传统光学理论基于的时空描述本质上是时空关系确定后以非媒介物质为标准反过来对媒介物质的再次描述。在这种时空模式中，光速不变是建立确定时空关系的必要条件，是一种逻辑上的必须，这使光速不变摆脱了在相对论中因无法解释(尽管有实验基础)而不得不以假定形式生硬嵌入理论之中的尴尬处境。麦克尔逊莫奈实验测量光速变化的否定结果与其说是证明了光速不变，不如说是支持了这种描述模式。与传统时空思想的差异符合这样的哲学思考：是物质的存在形式而不是我们的主观想像(先验时空关系)决定着物质世界表达自己的方式，进而决定着我们的观察方式，物理理论只能是通过这种方式观察获得的认识。

三、测不准原理与波粒二象性

最后简单谈谈测不准原理问题。
这个问题的讨论自然要涉及到当年以两位大师为代表的那场著名论战。在先验时空观的思想背景下，这种争论至今没有明确结果。现在我们用否定先验时空观的眼光重新来看这个问题，恐怕要从分析决定论的思想根源入手。
以先验时空观为思想基础，决定论对单个粒子的时空描述是该粒子与能够脱离物质存在的先验时空关系的比较。这种比较本质上不是物理比较，而是纯粹的数学比较。比较结果的唯一确定性首先是一种数学要求，当然，对宏观存在的观察结果也未表现出与此要求的矛盾。就这种比较而言，对观测对象的时空描述与观测对象以外的其它物质是否存在无关，其它物质存在对观测对象的作用(或能量动量交换)仅体现为多次比较结果之间的差别，也就是说，时空关系的认识先于能量与动量的认识，时空描述是超越观测对象与其它物质存在之间的能量动量交换(相互作用)的。尽管有些实际观测中使用的仪器会对观测对象发生作用，从决定论的观点看，结果不过是仪器作用与其它作用共同决定着观测对象的运动，与不使用仪器情况相比只是测量值有所变化(精度影响)，对决定论自身的成立没有任何影响。如果不对电子这样的微观存在进行观测，它的时空关系与能量动量值可以同时确定吗？决定论者针对仪器干扰论的这个经典疑问就是该思想的典型体现。
回到物质描述物质的观点来看，首先，微观粒子的时空描述必须是它与其它物质存在之间的一种关系，脱离其它物质存在的单个粒子时空关系是没有意义的。其次，光是一种特殊形式的物质存在，我们现在感知的时空只是所有其它形式物质存在之间的关系，这种关系的描述必须以光作为物质媒介。时空描述说到底不是纯粹的数学比较，是物质与物质的比较，这种比较必须通过观测对象与媒介之间的能量动量交换实现。不能与观测媒介发生作用的存在是不可感知的，因而是不可测的。先验时空关系是对本应由物质存在自己决定的时空表现方式的误解，取消这种关系使以其为认识基础的决定论失去了必然成立的前提。
人类的认识能力是逐步提高的，由能力决定的认识范围是逐步扩展的，这意味着我们对物质存在的认识必然沿着从局部到整体、特殊到一般的方向发展，从这个角度看，相对于经典物理理论来说量子理论的建立不仅仅是对物质存在认识的扩展与继续，也是一种重新认识。在这个过程中由测不准关系与决定论矛盾引起的争论不应该被看作是对物理理论完备性的追求，而是对矛盾背后隐藏的基本思想错误的探寻，是对物质世界全面准确认识的追求。时空观测必须通过能量动量交换实现，交换必然遵守能量动量守恒，两者的结合才是测不准关系的关键解释。从认识来源看，决定论的认识完全来自对宏观存在的观察总结，测量精度的限制决定了对宏观对象的测量结果无法否定测不准关系的成立，对微观存在的实际观察又显示了测不准关系的普遍性，这使测不准关系的认识来源较之决定论更为合理，也使决定论成为一种宏观近似，那种坚持将决定论理解为普遍规律的思想不过是认识局限性导致的一种误解。
正确认识测不准原理的最大障碍来自先验时空观，由于没有抓住这个根本，哥本哈根学派为测不准关系所作的辩护始终不得要领，不能彻底击败决定论，借助仪器干扰甚至电子自由意志之说的作法就不足为奇了。
波粒二象性与测不准关系本质上是同一个问题，只是表现方式不同。原有时空观的先验性并不仅仅是通过时空关系体现的，在一定程度上它也体现在物质描述模型方面。按照经典理论，场及场扰动形成的波描述的是完全有别于粒子的另一种物质存在形态。自我存在的时空中分布着连续的场(或波)以及被看作奇点的粒子，这是经典理论向我们描绘的完整物理图象。如果说场模型及其理论在原子稳定性问题上遭遇到的失败还只能被理解为一种事实的话，否定先验时空观将从时空认识来源角度揭示出场及波模型的致命缺陷。
粒子模型作为一种抽象其要点是将物质存在的种种属性集中表示于一具体的空间点。这种抽象是可以根据需要变化的，研究气体时，分子被抽象成点模型，研究原子时，则将电子与原子核抽象成点模型，所以这种抽象本质上是一种近似。这种近似的本质使粒子模型对物质存在的描述可以超越具体的时空度量标准与时空关系，可以成为一种先于时空比较的认识。从物质描述物质的角度看，这是一种明显的优势。再看场(或波)模型，由于能量动量必须连续分布于一个空间范围，时空度量标准及关系的完全确定是场模型可用于描述物质存在的前提，这就是说，场模型不可能成为一种先于时空度量标准及关系的认识。由于完全来自场自身的描述需要，与粒子形态的物质存在没有任何关系，这种时空关系无论从哪个角度理解都不能可来自物质存在的比较，因而必然是一种自我存在，也就是说场(或波)作为物质模型只能是先验时空观的产物。在物质描述物质的时空观下，保留粒子作为唯一适合的物质模型，将波理解为对粒子时空关系观测结果不确定性的描述，这应该是一种更为合理的物理图象选择。

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• 罗国正 论二十七维时空 -marketreflections- ♂ (22738 bytes) () 12/18/2008 postreply 15:23:36

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