时间的因果理论：时间简说及其受到爱因斯坦相对论的影响

人们感官上的时间前后逆转的结果之一就是原因和结果的相互转化。实际上，有效原因将似乎转变为最后原因，它深刻地影响着科学探索。因此，不管我们是否赞同广泛持有的现代观点，即只有通过研究“有效原因”，物理世界才能与科学探索相沟通，我们都会认识到时间顺序与因果过程的密切关系。

休谟较早地探索了这种关系，并将因果顺序归纳为时间顺序。按照他的观点，原因和结果唯一可能的测试是它们的“永恒连接”，即一个接一个的不变的连续次序。不幸的是，他的这个条件，既非必要，也不充分。我们可以在同一房间里放上2台闹钟，总是会听到其中一个比另一个先鸣响，但这并不意味着其中有任何因果关系。因此，休谟条件是不充分的，在人类社会和自然界中，不是任何连续发生的过程都是可以重复的，所以休谟条件也是不必要的。

另外，人们可能会认为，在自然科学里，人们研究的是一些事件的可重复结果。这里假定，如果在不同时间、不同地点的同样条件下重复实验，则会得到同样的结果，这就是“因果定理”的含义。然而，严格地讲，这种方法的原理只能作为一种习惯定义起作用，至于我们如何能确保此处的实验会正好在“同样”条件下进行，除了看每次实验是否都能得到同样的结果之外，并无绝对准确的方法。因此，因果关系定律在自然科学中仅仅定义了我们所谓的“在同样条件下”的一个准则。

帕拉特（J.R.Platt）不是将因果顺序归纳为时间顺序，他提出应该根据刺激和反应的生理过程去分析因果关系的直观概念。在探讨这种生理过程时，他将注意力集中在放大的作用上。例如，在视网膜上，入射光的信号可能被放大了几千倍以后才能产生一个能带动一种“生理继电器”工作的神经反应，然后，此反应以电机反应的能量形式再被放大几千倍。由于这种放大效应，所以刺激效应是不可逆的。原因和结果在我们的时间意义上与不能发射其输入的感官放大器和对其输出不起作用的电机放大器呈现出反对称，人们的知觉的不可逆性与生理放大器的不可逆性一样。因此，帕拉特推断“也许那就是人们所认为的时间的方向”。

将时间顺序归纳为因果顺序的观念通常称为时间的因果理论，它是由数学家莱布尼兹首先提出，并由康德加以详细阐述的。康德指出，我们通过研究因果顺序发现时间顺序与感觉顺序不同。因此，在区分远处枪声和附近炸弹爆炸声时，我们是根据因果顺序推断时间顺序而非根据感觉顺序进行推断。然而，在证明他的只有通过因果判断才能判断事件的客观时间顺序，进而证明正是因果关系的不可逆性组成了时间的不可逆性的观点时，康德面临这样的困难：最有效的自然原因似乎都与它们的结果同时发生。因此他力图说明是时间的“顺序”，而不是我们必须考虑的时间的长短，原因是其紧接着的结果之间的时间可能是一个不断消失的量。因此它们可能是同时的，但它们之间在时间上总保持确定的关系。假如作为一个原因，当我们观察把一个铅球放在软垫上所形成的小坑时，其原因与结果是同时的，但我们仍能通过它们的动态联系的时间进行辨别。因为我们把铅球放在软垫上，在软垫原先平整的表面上便立刻形成小坑；但如果由于某种原因，软垫表面本来就有坑，便不再会因铅球放上才产生小坑。

康德的这一观点当然是错误的。因为如果因果联系是瞬时的，那么我们就不可能把它看成在时间上是有方向的。(www.xing528.com)

然而，时间因果理论的正确性由于爱因斯坦狭义相对论的诞生而得到大大加强。按照狭义相对理论，在洛伦兹变换下，当且仅当所讨论的事件可以通过信号，即运动速度不超过光在真空中的速度的因果链加以联系时，不同观察者的时间顺序才是不变的。只有在不可能存在因果联系时（联系速度超过了光在真空中的速度），2个事件的时间顺序才能为具有这样运动速度的观察者所逆转。在这种情况下，这2个配件的时间顺序事实上是不确定的。有的研究者，例如里成巴赫（H.Reichenbach）指出，这一结果可以用来拓宽爱因斯坦的同时性概念，因为人们可以将时间顺序不确定的任意2个事件定义为同时性事件。按照这一观点，与康德理论不同，同时性意味着排除因果联系。因此，只有在因果联系的速度没有上限限制时，在任一地方都可能存在与给定事件（此时此处）为同时的唯一事件的传统观念才是可以允许的。但这一命题的前提条件与爱因斯坦理论是矛盾的。

虽然爱因斯坦理论对于我们理解时间非常重要，但它预先假设观察者在其经验中已经知道了时间的顺序，如果我们要用因果顺序来定义时间顺序，而不把它看成完全依赖于人类意识，我们将不可能根据预先假定的时间方向或意识去定义因果方向，即区分原因和结果。相反，我们必须找到某种准则而非时间顺序，来使这种区分不带模糊性和迂回性。有人建议用所谓的“标记法”，根据这一方法，如果E1是E2发生的原因，那么，E1的一个微小变化（标记）将伴随着E2的一个相应的微小变化；而E2的微小变化并不一定伴随着E1的一个微小变化。因此，如果我们用一个带星号的符号表示一个稍有变化的事件，根据标记法准则，我们将发现可能发生的事件组合只有：和，事件组合则不可能出现。由于这种不对称性，建议者认为我们可以自动导出E1和E2的排序关系，并将其定义为它们之间的时间关系。

初看起来，这似乎是一种非常高明的定义，不幸的是它隐含了一个预期理由（把未经证明的判断作为证明论题的论据）：我们必须能够分辨出特定的一对事件（带有不同上下标）是否可以组合。然而，如果我们只有单一事件，并假定它们都可以发生，那么我们如何能确定它们之间哪些组合是可能的，哪些组合是不可能的，而不是求助于心照不宣的时间的考虑来确定？

尽管人们试图拯救时间的因果理论，但因果概念比时间概念更为基本的假说受到兹瓦特（P.J.Zwart）的猛烈抨击。他认为，如果事件的习惯顺序突然发生变化以致我们通常所认为的其他事件的原因将在这些事件之后而非在其之前发生，我们将会变换原因和结果这2个术语而不是去改变它们的时间顺序。因为，鉴于我们对因果关系的所有了解本质上都是经验性的，即基于我们的经验，所以逻辑上不可能使时间顺序发生改变。否则，首先发生的事件将会变成随后发生的事件，反之亦然。而且，我们将先感觉到后发生的事件，然后才感觉到先发生的事件，这也是不可思议的。既然前后概念的意义不能更改，因此必须将它们看作全然是基本的，是不可能从其他更简单的概念中推得的。所以，兹瓦特断定，时间顺序比因果顺序更为基本。

我们赞同兹瓦特关于必须将先后概念视作基本的结论，但是，我们认为，因果理论所面临的根本困难，在于时间本身就处于时间过程之中，因而任何一个试图解释时间的理论都至少应该说明为什么事件不总是同时发生，除非默认连续状态现象存在，否则它不可能给出时间连续的理论。因此，在由点源产生的球面波的情况下，我们可以给波传播过程中的位置顺序加上确定的时间方向。然而，除非我们已经有了时间过程的某种概念，否则我们就不可能区分以下2种情况之间的区别：在有限波速情况下，波的位置给出一个时间序列，在无限波速情况下，所有的波都被认为是同时出现。不过，在这2种情况下，就点源的作用是波存在的必要条件来说，我们都可以把它解释为“原因”；但是，如果我们没有独立地意识到时间的存在，这种因果解释并不能使我们得出有关时间的任何结论。