牛顿绝对时间的重要性及其原理

“绝对的、真的及数学的时间是自身在那里流，而因其性质是等速的，且不与外界任何对象有关。此时间亦可命之为绵延”。牛顿在其《原理》中提出的这一有名的定义，是他所有论点中受到批评最多的一个论点。它使时间抽象概念具体化，并把时间认同为流动。如果时间是某种流动的东西，那么它自身就是由时间中的事件系列所构成，这将是没有意义的。然而，接受时间流动为等速或均匀的陈述同样也是困难的。因为这将似乎暗含存在着控制时间流动速度的某种东西，这样时间才能一直以相同的速度在前进。可是如果时间可以被认为是“不与外界任何对象有关”的孤立之物，那么说它的流动速度不均匀的含义是什么？如果说不均匀流动没有什么可能含义，那么特别规定时间流是“等速”的又有什么意义？

牛顿不是现代专业意义上的哲学家，因此他对他的绝对时间的定义没有给出严密分析或许并不使人感到意外，一般认为他是为了满足自己的力学方程的实际应用。但是，令人惊奇的是，定义绝对时间没有任何实际用处！事实上，我们只能观测事件并用基于这些事件的过程去测量时间。然而牛顿时间理论假定存在唯一的瞬间系列，事件不同于这些瞬间，但处于这一系列的某些瞬间之中。这样以来，由于事件和它们所处的时间，瞬间之间的关系，以及存在于不同时间瞬间之间的先后关系，事件之间的时间关系就变得十分复杂。

牛顿为什么要引进这个麻烦的、形而上学的绝对时间概念？可能有2个方面的原因：一个是物理学方面的原因，一个是数学方面的原因。

图15　牛顿

绝对的、真的及数学的时间是自 身在那里流，而因其性质，是等 速的且不与外界任何对象有关。

在物理学上，牛顿把绝对时间看成是绝对空间和绝对运动的必不可少的关联物。我们知道，牛顿有一个特别的经验证据，他把这个经验证据解释为支持他的绝对运动概念的确证，它就是动力学。牛顿认为真的（绝对的）运动既不能被产生也不能被改变，除非有某种力迫使物体运动。而相对运动在没有强加于物体的力的情况下可以被产生和改变。绝对运动可以和相对运动区分开来，所依据的实际效应就是与圆周运动相联系的离心力。“在纯粹相对圆周运动中不存在这种力，而在真的、绝对的圆周运动中，它们或多或少与运动的量相对应。如果把一个水桶吊在一根绳子上，将水桶旋转多次而使绳子拧紧，然后在水桶内盛之以水，并使水桶与水一道静止不动，接着在另外一个力的突然作用下使水桶朝反方向旋转，因而当绳子松开时，水桶将继续这种运动若干时间；水面最初会与水桶开始旋转以前一样是平的；但此后水桶逐渐把它的运动传递给水，使它明显地旋转起来，并逐渐离开中心而向桶的边缘升起，形成一个凹面。……起初，当水在桶中的相对运动最大时，这种相对运动并没有使水产生离开轴心的任何倾向，水没有显示出向四周运动并沿桶壁上升的趋势，而保持着水平，所以它的真的圆周运动尚未开始。但是后来水的相对运动减少，水就因此趋向桶的边缘而在那里上升，这证明它在力图离开转轴；这说明水的真的圆周运动在不断增大，一直到水在桶内处于相对静止时达到其最大量为止。”(www.xing528.com)

这就是著名的牛顿水桶实验。这个实验表明，水桶开始旋转以后，在水和水桶之间首先存在相对运动，它随着水的上升运动而减少。牛顿指出，当相对运动达到最大时，它对水面不产生影响，但当它减少到零而水的旋转运动增大时，水面变得越来越凹下去。牛顿把这一现象解释为绝对旋转运动的证据。因此，人们在说物体旋转时就不必参考具有特定物理含义的任何其他物体。牛顿由此得出时间和空间必然是绝对的结论。

在数学上，牛顿似乎从理想速率测量的需要找到了对他的绝对时间的支持。他指出，虽然一般认为自然日长是相等的，但实际上它们可能是不相等的，因为恐怕不存在时间能被精确测量的那种稳定的运动。所有运动都可以被加速或减速，但绝对时间的流动却没有任何变化的倾向。不管运动是变快还是变慢，抑或什么都没有，事物存在的持续时间是不变的。因此，这个持续时间便有别于可感测量的时间。牛顿把绝对时间的瞬间看成像实数那样的连续序列，并认为这些瞬间相互交替的速率是一个与所有实际事件和过程无关的变量。

哲学家胡塞尔曾一度支持绝对时间理论，他的论据依赖于时间和位置的关系。当时间给定时，物质粒子的位置并不能唯一确定，但当位置给定时，则可能有有限的数对应于瞬间。因此，时间对位置的关系不是一一对应的，而可能是多点对应。他由此断定时间序列必然构成一个以其自身特性存在的独立变量，事件间的相互联系只有通过它们与绝对时间瞬间已有的关系才能实现。

不管牛顿如何为自己的论点进行辩护，也不管胡塞尔曾经做过怎样的支持（他后来放弃支持），绝对时间理论很少得到哲学家们的赞同。人们一般认为绝对时间可以以其自身特性而存在是一个不必要的假设，事件的同时性并非因为它们占据相同的瞬间，而是由于它们是一道发生的。人们向来都是由事件导出时间，而不是相反。对于非同时性发生的事件间的相互联系，只要假定宇宙状态有一个简单的先后关系的线性序列就足够了。

对牛顿绝对时间理论首先提出质疑的是德国数学莱布尼兹（G.W.Leibniz）。奥地利物理学家马赫等也都对牛顿的观点提出过批评。但是，应该看到，牛顿绝对时间理论是为满足其力学体系的需要提出的，它是人类认识史上的一次飞跃。牛顿从具体运动中抽象出时空特性，提出物质运动和描述运动的时空模型，从而发展了严格进行实验和分析归纳的科学方法，建立了公理式力学体系并在逻辑上达到自洽，为自然科学的发展做出了不可估量的贡献。