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钟更准了,计的是时间吗|无限杂思

时间:2021-03-02

作者:刘洪波(湖北仙桃人。长江日报评论员,高级记者。)

时间和空间的测量,现在都以光为基准。

测量空间,归结为长度单位,人们曾经用肘和步来丈量,后来用弓、用尺,后来发明了一个公认的单位,就是米,定义为地球子午线长度的4千万分之一,并据此制作了铂金的米原器。但铂金有伸缩,地球并不规则,而且大小也会微小而缓慢地变化。所以1967年米改用氪的光谱线来定义。

测量时间,就是把时间分成周期性的计数。模式上,无外乎两种,一种称为动力学模式,用不受人力控制的天体运动来定义时间;另一种称为复制型模式,用可复制的受控周期来计数。

在动力学模式上,我们发现了“恒星时钟”,例如太阳系运动构成了人们对时间周期的基本认识,年、月、日就是。但日之下,夜晚怎么分、阴天下雨没太阳了怎么分,就非得靠人为制造周期不可。现代科学还发现脉冲星有非常稳定的周期,可作高精度时钟来用,但在相当长时间内,脉冲星还无法像原子钟那样提供实用可靠的时间尺度。

在复制型模式上,时间测量经过了从漏刻到原子钟的历程,原子钟的出现,使秒得以用铯的光谱线定义。这样,时间和长度两个基本的物理量都建立在光谱线上。过去钟表都是在复制地球自转的周期,以地球自转周期的8万4千分之一来定义秒,这已明显不能提供准确的时间,地球运动一直在缓慢地变慢,每年大约缩短0.53秒,如果以地球运动来定义秒,那么精确地看,每天的1秒钟都不是一样长。而原子钟不与地球对表,它用光谱频率计量的秒长更稳定。

地球转得不均匀,太阳并不恒定,恒星时钟并不可靠,它们作为时间基准的资格发生了动摇。就日常生活来说,地球明暗冷暖周期构成了我们的时间感受,但对科学来说,不能提供稳定计数的周期,就很难成为标准。

马克思说,“钟表是第一个用于实际目的的自动机”,在此基础上,现代生产运营才有可能出现。也有很多理论家承认时钟是工业社会的“母机”,它既以“自动装置”的形式启示了工业时代的生产特性,也以提供现代时间的方式为工业生产的展开提供了社会条件。但钟表所复制的地球周期,被发现存在问题。视宇宙为最精密的巨型钟表、视可见的地球运行为精确的钟,已经过时。自19世纪70年代开始,许多科学家都讨论过光是否可以作为比地球更好的钟。

伽利略用心跳来发现了摆的稳定性,而当摆变成钟表后,人们用钟表来衡量心跳,这里面有着关系的翻转。过去人们用地球自转来衡量钟表是否走时准确,后来人们用钟表发现了地球其实不能作为钟表的依据,而光更可靠。

为什么是光?自古以来,光是照明的来源,也是交流的载体。从烽烟、火炬、灯塔、信号弹直至爱因斯坦时代存在的电报和无线电,都是利用光的速度来进行信息传输,“电信”传输直接导致了人们时间观念的改变。光速有限,因而光的传播是有时间的;光速不变,因而光作为时间基准是稳定的。为什么要用光衡量时间,为什么仅仅用光来衡量时间,有人抱怨物理学家总是用光来解释世界,爱因斯坦说,光是特殊的,“把光跟其他事物相比较是不被允许的”,俨然如同说光是上帝在物理世界的选民。郞之万干脆把宇宙称为“光基时空”。19世纪下半叶至20世纪初,光这个最熟悉的现象,其陌生的一面被不断揭示,科学家认为光为时空的客观定义提供了基础,它会出现在所有无论是否与光有关的问题之中,也就是说光似乎能在各种物理现象中建立起“通约性”。“只有光的速度才如此伟大”,赖欣巴哈感叹。

说光钟更准,这无人有异议,但这意味着什么呢?按照庞加莱的约定主义理解,光钟更准意味着光是我们可以共同接受的一种理解自然的方式,对于哲学家来说,这只意味着在测量上找到了一种更好的办法,除此没有别的,但对物理学家来说,这就不只是找到了一种约定或一种办法,而是找到了一种本质的、真实的、客观的理解。光钟就是时间,有了光这个稳定的常数,钟慢下来了就是时间被拉长了,天上方一日,地上已三年。光就是一种可资解释时间的本质性的东西。

凭什么说没有什么速度能够超过光速?凭什么说当你以光速的90%追赶光时,眼前的光速仍然是每秒30万公里?人们很容易这样发问,爱因斯坦做的是思想实验,它与臆想的区别在于理论上自洽、解释力够强,并得到观测结果逻辑性的证明。而他的另一些思想则被证明并不正确,如光不能同时既是粒子又是波、量子世界里猫不可能既死又活等。假如我们发现了比光更快的粒子,假如真有一日我们坐上光速火箭时能够跟光并驾齐驱,那么爱因斯坦体系就崩溃了,我们就需要寻找新的理论,科学就要面临库恩所说的“范式革命”。但现在,这些暂时还未发生。因此,问题不过是思辨中的问题,而不是科学上的问题。

更加根本的问题不在科学上,而在于人们是否接受时间的本质已经被科学揭示了出来。怎样做一个钟,这是个技术活;但钟上的读数,就是时间吗?物理学家认为,这就是时间,在此之外谈时间,那就不知道谈论的是什么,连续性不过是可分性,事情看起来是连续的不过是因为分得还不够细。

哲学家、文学家、艺术家,以及所有人文思想家,几乎都不会如此认为。在他们看来,钟就是钟,钟上的数只是时间在公众面前出场的一种方式,而时间本身并不如此简单。无论在运动或静止中,钟快了或慢了,要校正的是钟,而不是说时间变快了或慢了。时间是连续的、内心的,属于人生和社会、历史,任何测量都是在分割时间,把连续分割成切片,那是时间的遗体。把钟说成时间,就像指着一堆器官和骨骼说,这就是生命。当钟慢下来的时候,生命是不是真的慢下来了?

【编辑:张靖】

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