爱因斯坦认为宇宙是有限无边 二维平面和立体的第三维之间，并不存在变化的相关性。二维平面可以在立体的第三维不发生任何变化的情况下，

牛顿时空观与爱因斯坦时空观之比较(仅供论文答辩参考)
侯淇方 原创 | 2009-05-24 19:39 | 投票 投票人 标签： 论文参考

牛顿时空观与爱因斯坦时空观之比较(仅供论文答辩参考)
发布日期:2009-5-24 19:05:41 浏览:8次
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　 我们知道牛顿的哲学思想基本属于自发的唯物主义思想,他承认时间、空间的客观存在，但却把它们看成是与运动着的物质相脱离的。牛顿认为时间、空间是客观存在的，但同时也认为时间和空间同运动的物质是脱离的，相互之间没有必然的联系，进而提出了所谓的绝对时间和绝对空间的概念。绝对时间和绝对空间虽然承认空间和时间的客观性，但认为时空与物质运动无关，可以脱离物质的运动而独立存在，时空的具体特性不受物质运动的影响，是绝对不变的。形而上学的绝对时空观的萌芽早在古希腊哲学中就出现了。古希腊 哲学家德谟克利特认为，空间是无物的“虚空”，原子在“虚空”中运动．科学史上也出现过没有物质的“真空”的概念。这些没有物质的空间的观念，同时也就包含了没有物质的时间的观念，因为“虚空”、“真空”同样经历着时间的流逝过程。这种观点发展到16世纪中期，被牛顿进一步理论化。牛顿认为，时间是和物质运动无关，绝对均匀流逝的纯粹的持续性；空间是和物质相脱离的绝对虚空的框框，物质可以充塞其中，但它本身是永远不变不动的。牛顿把自己这样理解的时间和空间，叫做“绝对时间”和“绝对空间”。这种形而上学的绝对时空观，在人类认识史上一度占据统治地位，直到二十世纪初才从根本上被动摇。现代自然科学已经证明，绝对的“虚空”是不存在的，物理学上的“真空”，并不是真正的空虚无物，而是存在着引力场、电磁场等特殊物质。特别是非欧几何学的被承认和相对论的创立，深刻揭示了时间和空间的特性对物质运动的依赖关系，绝对时空观才被作为错误的东西而否定。辩证唯物主义认为，一切物质运动总要经历时间和占有空间，这是绝对的，不变的；而各个具体事物的时空特性，却又是相对的，可变的，它受具体事物运动的特性所决定和制约。坚持时空与物质运动不可分的观点，不仅克服了形而上学时空观，还能够在时空问题上把唯物主义贯彻到底。


　　相对论之父爱因斯坦认为宇宙是有限无边的。若根据常识认为有限就必然有边，有人就会反驳说：“就如同一个球的表面，你能找到边吗？”。这种用三维中的二维表现的直观方式，来类推理解三维在四维的现实时空的表现，使自以为理解爱因斯坦宇宙观的人多么理直气壮，使怀疑者哑口无言。这种解释方式如此简单明了，现已成为理解解释时空的第四维----时间的经典方式，用维数类推解释时间的方法是否就如同其简单明了一样是准确无误的？仔细分析就会发现，二维平面和立体的第三维之间，并不存在变化的相关性。二维平面可以在立体的第三维不发生任何变化的情况下，发生任何变化；但时空的第四维----时间，却是与空间的其它三维密切相关的，没有时间的变化，三维空间是不可能发生变化的。空间的三维，都具有变化上的独立性；任何一维或二维都可以在其它二维或三维不变的情况下发生变化。但空间三维的任何形式的变化都是离不开时间的。用二维在三维中的表现来类推三维在四维现实时空中的表现，就是把变化的不相关性强行加给了变化的相关性的事物，犯了本质性的错误。时间是那么琢磨不透，以至于自以为理解并深信其存在者大谈特谈“时间燧道”，但怀疑时间存在者大有人在，有的还是很有名的科学家。作为整个物质世界的现实存在而言，每一刻的存在都能用一个函数F(X,Y,Z)来表示, XYZ分别代表长宽高，这其中并不需要时间出现,可以说现实存在与时间无关。时间代表现实的来由或现实的形成过程,并不代表现实存在本身。如果我们要用时间来表示这个存在，这个函数将变为F(V*T), V为变化的速度,值域为0~C。当我们以现在的时间为基准，对过去每一刻的存在作时间标记，过去的每刻的现实存在将变成一维时间的函数；当我们用空间三维准确定位过去的现实存在，我们会发现它总会与一时间一一对应。这样，时间空间不过是完整时空的不同侧面，我们从一维角度分析完整时空，时空表现为时间；我们从三维角度分析完整时空，时空表现为空间。现实存在因我们分析的角度不同而表现为时间或空间特性，时间空间是完整时空的不同侧面。上面的分析应是对牛顿绝对时空观的重新理解，牛顿的时间表面上是均匀流失与空间变化无关的，但实际上是一种与过去的现实存在完全溶合，一维化分析现实存在的时间观。但整个体系是建立在人们对过去现实能完全把握的理想化基础上的，而低速的成功证明了这种时空观的正确。爱因斯坦的相对论着眼于观察者眼中的世界，这个世界正好是三维变成二维的结果，由于光速的限制，时间成为描述这个世界的新的一维。观察者眼中的世界和爱因斯坦的相对论的四维时空一样都是有限的。爱因斯坦有限无边的宇宙模型证明人类无论怎样努力，能观测到的宇宙都是有限的。

　　1905年，爱因斯坦狭义相对论的诞生，如同所有新理论的提出一样，是人们发现了旧有理论与实验之间存在相悖之处，这也是一种新理论研究的真正动机与来源，也是实验研究的方向；而且，一种新理论的提出，它不是纯实验公式的总结，是从感性到理性的质的飞跃。19世纪，电磁学得到蓬勃发展，经过麦克斯韦、赫兹等人的努力，形成了成熟的电磁现象的动力学理论——电动力学。然而，电动力学遇到了一个重大问题，即与牛顿力学所遵从的相对性原理不一致。关于相对性原理的思想，早在伽利略和牛顿时期就已出现，电磁学的发展最初也纳入了牛顿力学的框架，但在解释运动物体的电磁过程时遇到了困难。按照麦克斯韦理论，真空中电磁波的速度，也就是光的速度是一个恒量，然而按照牛顿力学的速度加法原理，不同惯性系的光速不同，这就出现了一个问题——适用于力学的相对性原理是否适用于电磁学？光速是不变的量还是可变的量，成为相对性原理是否普遍成立的首要问题。1905年6月30日，爱因斯坦的论文《论动体的电动力学》完成，并于同年9月刊发在德国《物理学年鉴》上。这篇论文是关于狭义相对论的第一篇文章，它包含了狭义相对论的基本思想和基本内容；狭义相对论所根据的是两条原理：相对性原理和光速不变原理。爱因斯坦在时空观彻底变革基础上建立的相对论力学，提出质量随速度的增加而增加，当速度接近光速时质量趋于无穷大，并且给出了著名的质能关系式E＝m·c2，质能关系式对后来的原子能事业起到了指导作用。

　　牛顿在《自然哲学的数学原理》一开头，就以极其精炼的语言提出一系列定义，为后面的运用奠定逻辑基础，其中有：“物理的量”、“运动的量”、“物质固有的力”（按：即惯性）、“外加的力”等等。接着，又以公理的形式提出了三大运动定律，即惯性定律、运动定律和作用反作用定律。其中运动定律是这样叙述的：


“定律2. 运动的改变和外加的力成正比，并且发生在外加力的那个直线方向上。”

正如前几节所述，牛顿这些概念和定律高度概括了前人的工作。

　　紧接着三个定律之后，牛顿提出了6个推论。推论1和推论2涉及力的合成和分解以及运动的叠加原理；推论3和推论4，得出了动量守恒定律；推论5和推论6，包括了伽利略相对性原理。这样，牛顿就把前人的各不相关的独立成果系统化，综合在一起，形成了有逻辑联系的整体。在这个理论体系的框架中，有一些必不可少的基本要素。牛顿以注释的方式写在定义的后面，这就是他对空间、时间和运动的观点。关于时间，他写道：“绝对的、真正的和数学的时间自身在流逝着，而且由于其本性而在均匀地、与任何外界事物无关地流逝着，它又可名为‘期间’；相对的、表观的和通常的时间，是期间的一种可感觉的、外部的或者是精确的，或者是变化着的量度，人们通常就用这种量度，如小时、日、月、年来代表真正的时间。” 关于空间，牛顿写道： “绝对空间，就其本性而言，是与外界任何事物无关而永远是相同的和不动的。相对空间是绝对空间的某一可动部分或其量度，是通过它对其他物体的位置而为我们的感觉所指示出来的，并且通常是把它当作不动的空间的。” 关于运动，牛顿写道： “绝对运动是一个物体从某一绝对的处所向另一绝对处所的移动。” “真正的、绝对的静止，是指这一物体在不动的空间的同一个部分继续保持不动。” 这就是牛顿的绝对时空观。牛顿引入绝对时间和绝对空间的概念是完全必要的，由此可以提供一个标准来判断宇宙万物所处的状态，究竟是处于静止、匀速运动还是加速运动，才能使“力学有明确的意义”，（爱因斯坦语）。 为了证明“绝对运动”的存在，牛顿举了水桶旋转的例子。他写道： “如果用长绳吊一水桶，让它旋转至绳扭紧，然后将水注入，水与桶都暂处于静止之中。再以另一力突然使桶沿反方向旋转，当绳子完全放松时，桶的运动还会维持一段时间；水的表面起初是平的，和桶开始旋转时一样。但是后来，当桶逐渐把运动传递给水，使水也开始旋转。于是可以看到水渐渐地脱离其中心而沿桶壁上升形成凹状（我曾作过这一试验）。运动越快，水升得越高。直到最后，水与桶的转速一致，水面即呈相对静止。水的升高显示它脱离转轴的倾向，也显示了水的真正的、绝对的圆周运动。这个运动是可知的，并可从这一倾向测出，跟相对运动正好相反。在开始时，桶中水的相对运动最大，但并无离开转轴的倾向；水既不偏向边缘，也不升高，而是保持平面，所以它的圆周运动尚未真正开始。但是后来，相对运动减小时，水却趋于边缘，证明它有一种倾向要离开转轴。这一倾向表明水的真正的圆周运动在不断增大，直到它达到最大值，这时水就在桶中作相对静止。所以，这一倾向并不依赖于水相对于周围物体的任何移动，这类移动也无法定义真正的圆周运动。” 这就是著名的“水桶实验”。牛顿用这个例子雄辩地论证了“绝对运动”概念的合理性。

　　但是，绝对时间和绝对空间毕竟是人为的假设，经不起实践的检验和严密的审查。二百多年来，引起过不少人的怀疑和争议。到了 19世纪末，奥地利物理学家马赫（Ernst Mach， 1838—1916）在他的《力学史评》中深刻地分析了牛顿力学的基本概念以及由其反映的机械自然观，作出了深入的批判。例如：马赫不同意把惯性看成是物体固有的性质，认为在一个孤立的空间里谈论物体的惯性是毫无意义的，提出惯性来源于宇宙间物质的相互作用。他针对牛顿的绝对时间和绝对空间，驳斥道： “我们不应该忘记，世界上的一切事物都是互相联系、互相依赖的，我们本身和我们所有的思想也是自然界的一部分。”“绝对时间是一种无用的形而上学概念”，“它既无实践价值，也无科学价值，没有一个人能提出证据说明他知晓有关绝对时间的任何东西。”马赫还指出，绝对运动的概念也是站不住脚的。他写道：“牛顿旋转水桶的实验只是告诉我们，水对桶壁的相对转动并不引起显著的离心力，而这离心力是由水对地球的质量和其他天体的相对转动所产生的。如果桶壁愈来愈厚，愈来愈重，最后达到好几海里厚时，那时就没有人能说这实验会得出什么样的结果。” 马赫问道：“能把水桶固定，让众恒星旋转，再来证明离心力的不存在吗？” “这样的实验是不可能的，这种想法也是没有意义的，因为这两种情况从直觉看来是不可区别的。所以我认为这两种情况实属一种，而牛顿的区分是荒谬的。” 马赫的精辟论述批驳了流行二三百年的机械自然观，揭示了牛顿力学的局限性，在当时的科学界和思想界中产生了很大震动。爱因斯坦高度评价马赫的批判精神，把他称为“相对论的先驱。” 在悼念马赫的文章中，爱因斯坦写道： “是恩斯特·马赫，在他的《力学史评》中冲击了这种教条式的信念，当我是一名学生的时候，这本书正是在这方面给了我深刻的影响。”

时空观对数字化影视内容建构的影响

在观赏影视节目后（尤其是带有故事性的剧情长片时），很多人都感受到时间的流逝：有的特别缓慢,有的却特别快。除了剧情内容与故事取材的差别原因外，是不是还有别的因素与这种现象有关？这其中的影片放映时间与观赏者对时间感受的时间落差，是否和故事叙述的方式有不可分割的关系？如果是的话，究竟是什么原因造成如此的差异？回答这个问题，不得不对时间这个议题，做深入的探讨。时间是什么？它有何特性？它是如何被应用在影视剧情片的创作、进而影响我们欣赏影片？

　　时空观的发展

　　希腊哲学家柏拉图及亚里斯多德对时间的表述，是基于对天体循环的现象观察，认为时间是循环式运动：既无始点，也无终点。而到了中古世纪， 奥古斯丁认为，时间是呈线性的运动方式在变化着，并非如前人所说的呈周期性方式运动着。时间的线性概念，至此被清楚地提出，并引起广泛的关注。

　　与奥古斯丁不同，牛顿理论中的时间和空间既互相分离，又不受物质及其运动的影响，因而是绝对的和不变的，所以称为绝对的时空观。但随着笛卡尔提出“我思故我在”的著名论题后，奥地利的物理学家和哲学家马赫又提出了“要素”观念，强调世界上所有的一切，包括“时间和空间”在内，都是由物理要素或者是心理要素构成的。这种彻底的怀疑主义对爱因斯坦产生了巨大的影响。①

　　1905年，爱因斯坦在德国刊物《物理学记事》上发表狭义相对论的第一篇论文，提出时间的相对论理论，从而引发了自然科学领域的一场史无前例的大革命。爱因斯坦的相对论认为人们对时间的认知，取决于观察者的位置， 就如布诺斯基（J. Bronowski）及玛滋立斯(Bruce Mazlish)所言：“不同的观察家可能以不同的时间次序， 看事件的同一次序，因此破坏了康德所具有的那种牛顿式均一的时间画面”。②而每当叙述一种现象的时候，必须指明发生的时刻和持续时间，也就是记录叙事体发生的时刻和时间间隔。如果依据爱因斯坦的时间相对观概念，那么时间逆转（TIME REVERSAL）现象， 则可能发生，时间能从未来返回到过去。使得时间的单方向流动方式，添加了可逆转的空间/现象倒叙及重现。

　　综上所述， 我们不难发觉时间的论述，是用来解释空间或者现象变化的表述序列度量工具，其度量方式，一是叙述事件的发生点，另一方面则用来叙述其持续长度。相对于线性时间，那么我们可视那些非线性的运动为“非线性时间式”的影象叙述。

　　线性与非线性时间观的特征及行为倾向

　　成语“光阴似箭”，常被用以形容时间的快速流逝且不再回头的线性时间观。

　　而在董仲书（约179BC-104BC）的思想里， 时间并不像一条绳子一样单纯地前进， 而是以一段的“行”循环更替而运行，时间呈螺旋型前进。就像史家海登·怀特（HAYDEN WHITE）诠释自由主义式的意识形态的行为， 多为稳定中求变化。所以持螺旋式时间观的行为者， 对于社会的变迁，认为仅需调整部分零件，而且变迁的幅度，应该依照社会步调来调整。

　　与肯定时间是前进型的不同，佛教对时间最明确的观念就是“循环”，所以，佛教徒将时间想象为封闭的环形，一圈一圈，周而复始，无始无终。就像HARBANS MUKIA对印度社会的观察，印度的时间观是轮回运转，强调那种永远不停止的重复，它是比较静寂无变化的，沉睡于永恒的境地中③，这种又称为循环连续的时间观。

　　前面三者的共通性质是时间的连续性；而在社会理论家涂尔干的观念里，则呈现出一种不连续的时间观。他认为，时间和空间并非感性的直观形式，而是一种知性的概念。在理性生活中，只有在区分不同的时刻的条件下，人类才有可能去思想时间和空间，也就是说时空必须透过区分或者分类，才能为主体所把握，才有所谓社会实践的意义。

　　涂尔干的思想，或许可以称为一种断代性的时间观，在他的解释里，断代、区分、分类等是人类拓展知识的必须态度和行为模式。而它的行为倾向，就可以说是一种导向控制论，即控制他人思考方式的一种行为，自主意识强。

　　由此我们可以看到， 到目前为止，学术界主要有四种不同的时间运行模式(及其可能产生的不同的行为倾向或风格），分别是线性前进的时间观、循环连续的时间观、螺旋前进的时间观以及断裂（或断代）的时间观。相对于第一种以直线前进的时间观而言，我们把后三种统称为非线性的时间观。

　　空间环境对数字媒体内容的时间再建构及应用

　　在比较过线性与非线性时间意识、特征及可能产生的行为倾向之后，我们将基于以上的研究，探讨影视创作活动中的叙事行为，并分析此叙事过程中所可能依据的线性与非线性时间观或意识。

　　与自然时间的直线性连续前进不同，时间被叙述时即（叙事时间）是具有可逆向性的、可断裂性、可跳跃式的。而我们在进行影视创作时，违反单向连续原则的时间意识，就可以归到所谓非线性范围来讨论。

　　随着科技的发展，影视信息的数字化发展，所谓非线性剪辑系统的诞生，也改变了空间现象变化的序列作用。在非线性的影视后期制作系统里，原来线性的序列性排列方式，改变为以水平式的空间并列方式创作。多视窗的应用就为明显的例子。在线性创作里，想要调出特定位置的画面，需要在线性上前后摸索或设定，而后只将这个特定画面呈现在显视器上；在以电脑剪辑的非线性架构里，因为它的排列方式是水平式地被转录或记录在软硬盘里，并能以点式的呼叫方式将所有不同的影像空间点同时并列出来，以供制作人员选取、排列、截取、改变和组合等。

　　也因为这种以空间为主体的时间论述方式的创作，产生了更多元的信息创造的可能性。在信息传播的探讨上，我们不妨把信息是如何放置在线性及非线性概念下的传播系统架构，做一比较分析。如果以信息的传递顺序，在线性的特性传播频道架构里，所有节目是依序地被传送出去，也就是一个节目播出完后，另一项目才会被传送出去；而观众们必须依照信息的发端源所预计的创作模式，去牵就或配合信息发号源的工作顺序，进行接收观看的行为。和线性式信息传播模式比较，非线性信息传播则明显地改变了这种以信息发号源为决定者的创作方式。而非线性的信息传播行为，比如视频点播，观众就能在菜单中进行选择并随时观看节目，而无须依照节目安排。美国的视频点播，在经历了许多初创失误后，正成为主流。根据统计，康卡斯特公司(Comcast Corp)有线电视系统上的按需观看数量已超过10亿次。而在时代华纳有线电视(Time Warner Cable)，目前每户家庭平均每月观看30个此类节目。

　　同时，为使观众对已点选的信息能有参与创造的可能性，在非线性思维里，通过观众参与的共同创作，可使观众通过自行思考，安排或组合不同的节目内容发展，而获得不同的结局与观感。如英国最热播的电视连续剧《加冕街》的数字电视观众，他们只要按一下遥控器上的红色按键，就能进入一系列互动服务。这些服务可能包括：一些附加的从属情节和背景故事、剪余片、情节重放、幕后资料和竞争等。这正是英国广播公司（BBC）从一开始就已经对互动内容采取的措施，他们的目的在于提高互动价值，鼓励新的受众尝试它，而最终希望通过互动应用程序，加强观众对本频道的兴趣和忠诚度。

　　结　论

　　综上所述，可以看出线性与非线性的影像创作，它们之间的差别，并不在于传统与科技之间有所争议而已；即使在传统的线性创作过程中，从策划阶段起，就可有非线性创意的运作方式。而在电视与电影的创作中的拍摄阶段，具有非线性的表象创作模式，如多机创作，也会造成以线性式创造信息的可能性封闭倾向。在后期制作阶段，如果以影像并置式的电脑非线性编辑创作系统，进行素材的选取、裁剪、排列、组合，乃至运用网络及多媒体的整合性空间运作，本可创作出更富变化与信息表意的内容，但如果没有容许受众可参与信息创造的事先计划和安排，其封闭式的性格也仍存在。如奥古斯丁所暗喻，时间的概念被前置在空间的变化上的叙述方式，所造成的预测性作用就会产生。

　　如果说影视剧情片的叙述方式，常带有很多的趣味，以致观赏者常会专注于信息呈现的方式和内容的话，那么或者可以这么说，一段非类似日常生活经验的时间感受和视觉经验，在可接受的内容节奏变化内配以适当的环境，常能引起影片观赏者专注神态，而造成时间差。

　　对影片创作者而言，熟悉叙述方式和时间意识的关系，并进而开拓时间领域的研究，或以比较、或以开放式的意识看待时间，那么其作品的创意和内涵是可以期待的。

　　参考资料：

　　①俞吾金（2004），《走出自我的困惑》，《复旦大讲堂》 ,PP99-101

　　②Bronowski, J.&Mazlish, Bruce, 《西方思想史》， 贾士蘅译，国立编译馆， 1996

　　③黄俊杰（2000），《中国历史思想中的时间观念》，当代，Vol.40，PP.83─91。