时间简说：钟面时间与同时性

由交叠持续构成的线性时间，与观测者感知的时间特性相联系，因而显示出具有特别的重要性。而钟面时间依赖于特殊的外部现象，长期以来被认为是普适时间的测量。这2种不同类型的时间之间的相互关系，以同时性原理为基础。按照这一说法，由人们各自体验的交叠持续构成的抽象线性连续时间的每一个瞬间，都对应于物理世界的某个特定状态。由于依赖于理想精密观测的抽象概念，因而产生了这样的思想：时间是一个“移动刀口”，它不限于任何特定地点但同时又覆盖所有地点。

不管总的要求如何，或许由于把微观世界（自身）与宏观世界（宇宙）联系起来的根深蒂固的自然趋向，单向普适时间顺序仍然是一种艰深微妙的概念。这是一种理性假说，它远远超越我们对现象的感觉，因为感觉过程的顺序不可能与引起这些感觉的外部事件过程的顺序相同。我们首先看到闪光，然后听到雷声，但我们相信两者是同一放电过程的表现形式。有时我们也会被引导到以完全相反的外部事件时间顺序为出发点，去比较感觉的时间顺序。因此，我们在这里引用西格瓦特（C.Sigwart）在19世纪末所著的《逻辑学》中关于“时间测量”的有洞察力的一段话作为例子：当一个观测者在很远的地方注视军队操练时，在他听到指挥官的口令之前，他会先看到士兵的协调一致的某种动作。但是根据因果关系的常识他知道，士兵的动作是指挥官口令的结果。因此，客观上后者必须在前者之先。

所以，可以认为，客观的时间测量必须以因果关系的原理为基础。只有我们知道某一事件是另一事件的原因时，我们才能肯定地说它先于另一事件发生。然而，在任何实际因果关系中，我们的信念本身就以事件的某种模式被观测到是先于另一个观测的依据。因此，因果关系的根基存在于观测到的时间顺序之中。这样，我们便面临循环论证的困难：在我们建立因果关系之前，我们必须能够客观地证实A在B之后的真实性，但在我们可以客观地证实这一真实性之前，我们必须已经认识了A与B之间的因果关系。

必须指出，我们的全部顺序都是假设的。我们从假设事件的客观顺序与我们相应感觉的主观顺序相一致开始，在它同我们接受的一般知识发生冲突之前我们将维持这一假设。每当这样的冲突发生的时候，我们就对事件与感觉之间的时间关系做出进一步假定，并接受这些假定而不囿于前面的某些因果关系。这不是出于纯粹的经验理由，而是为了使这些假定的所有结果，作为一个整体保持连贯。实际上，人们对假定的要求是，2个给定相关事件的客观顺序必须与过去已知的同类相关事件的顺序一致，并进一步假定这一顺序和观测到顺序之间的差别可以与感觉和个别客体之间相连的某些差别相联系。

因此，我们面临2个问题：①我们怎样选择用以与问题中实际事件相比较的标准事件对；②我们认为的事件的实际感觉和标准对时间之间的差是什么样的联系差？

第一个问题的解集中在事件上。对于这些事件，我们感觉的顺序与事件本身的顺序自动相同。这样的事件就是与由它引起的感觉为“同时”的那些事件。在实践中，这些事件出现于被忽略了的非常接近于相关信号（例如光和声信号）的传播时间。至于第二个问题，可以用声速低于光速的原因来解释。(www.xing528.com)

在这里，问题的关键是同时性概念，是直接与观测者感觉相联系的个人时间与预先假定的“时间直线”起点的相互关系。这个感觉的同时性必须同数学时间中的类点瞬间概念区别开来。另一方面，在普适时间中，同时性概念是一个臆测概念，它取决于客观事件的相对位置，以及它和观测者对其感觉之间相互联系的模式。如果一个客观事件的距离已知，联系它和引起感觉的“信号”的速度也已知，则观测者便可以计算出事件发生的时刻，从而可以把它与观测者自己时间的先前某个瞬间联系起来。然而，对于不同的观测者，这一计算明显是不同的，没有哪一个计算能够给出对所有观测者而言都是相同事件的单一客观时间顺序。不过，西格瓦特认为，当它被哲学家和科学家作为一个直观的或自身明白的真理普遍接受时，当我们已经发现感觉时间是由事件时间确定的规则时，所有被感觉的事件都可以引进一个单一的时间顺序（就是说同时性是绝对的）。不管他的分析透彻与否，西格瓦特从主观时间的感觉导出了事件的客观时间。

实际上，牛顿把这个问题说得更明白。在牛顿理论中，时间是绝对的，同时性也是绝对的。爱因斯坦对这一结论首先提出质疑。他在“论动体的电动力学”中指出，认为只要计算正确，所有观测者对于任意给定事件的发生应该给出相同的时间，这仅仅是一个假说，而且应该被抛弃。爱因斯坦这一结论是以这样的假说为基础的：在客观事件与观测者之间不存在瞬时联系。鉴于这一假说的极端重要性，让我们来回顾一下与此有关的历史争论。声音以有限速度传播很容易从回声的时间延迟推断出来。但是，光的传播长期以来都被认为是瞬时的。从亚里士多德到近代天体力学奠基人开普勒，他们都认为光是非物质的，没有运动阻力，因而具有无限速度。

光速有限的首次成功验证得益于木星卫星的观测。1676年，丹麦天文学家聊默尔（O.C.Roemer）在法国巴黎天文台从事木卫交食研究，发现交食的观测时间晚于理论计算时间。他在解释这一现象时提出，光的传播不是瞬时的，而是“渐近”的，光具有有限速度，观测到的交食时间取决于地球到木星的距离，他由此计算出光穿过太阳到达地球的时间大约为11分钟。

聊默尔的计算值在当时并未受到重视。1728年，英国天文学家布拉德雷（J.Bradley）对此做了独立验证。他利用地球轨道运动测定恒星视差（因而测定距离），发现天龙座γ在天球上的移动与视差位移不相符合，而是朝向黄道上太阳西面90°的那个方向。他认为，这是星光速度与地球轨道速度合成的结果，并命名为光行差。布拉德雷指出，如果光速是无限的，就不会出现光行差现象。他由此得到光穿过太阳到达地球的时间是8分12秒。虽然这一结果与聊默尔的值不一致，但布拉德雷的工作导致了光速有限假说最终被承认。

光以有限速度传播表明，远距离事件的观测由于光速有限而都表现出一定的时间延迟。就是说，在给定的某一瞬间时刻，观测到的世界不可能在这个世界与这一瞬间的本来面目相同，越是遥远的物体，它和观测者之间的时间延迟就越大。我们看到的不是世界的空间状态的连续，而是观测到的它的时—空截面的连续。正如爱丁顿指出的，时间（延迟）是聊默尔发现的，如同我们在整个世纪之交（19～20世纪）已经慢慢认识的，聊默尔的研究首先揭示了观测地点的地方时和远距离时间的一个基本物理学差别。爱因斯坦正是从这一事实出发，根据惯性参考系的相对性和光速不变原理，提出了狭义相对论，改造了牛顿物理学中的时间、空间和运动等基本概念，否定了绝对静止空间的存在，否定了同时性概念的绝对性。在狭义相对论中，不同参考系的观测者对于同一事件可以给出不同的发生时刻。