三、相对绝对论

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三、相对绝对论

李学生

摘要: 文章从唯物辩证法的观点出发，结合量子力学的互补原理，提出了相对绝对论是自然界的基本规律，根据物理学的现状分析了离散与连续、时空、运动与静止、同时性、有限与无限的相对性与绝对性，提出了相对时空与绝对时空的问题。

关键词：相对绝对论、时间与空间、离散与连续、运动与静止、有限与无限

引言：绝对和相对的关系，是辨证的统一。没有绝对，就没有相对；没有相对，也就无所谓绝对。绝对存在于相对之中，并通过无数相对来体现；在相对中有绝对，离开绝对的相对是没有的。绝对和相对的区别既是绝对的，又是相对的，二者是相互渗透的，在一定条件下相互转化。（9）

相对绝对论应当是唯物辩证法的一条基本原理，毛泽东讲：“相对绝对的道理，是关于矛盾问题的精髓”。相对与绝对是指世界上一切事物都具有相对与绝对两种不同的属性，笔者认为它们之间的关系可以用量子力学的互补原理（或者中国古典哲学中阴阳太极图）来表述——彼此互补的两种事物，不可能用任何方式把它们结合成一个无矛盾的统一体（统一图景），只有这些现象的总体才能将关于客体的可能性包罗尽。光的波粒二象性正是这一问题的表现形式之一。正如Bohr所讲的：“在伟大的戏剧存在中，我们既是观众又是演员。”“原子客体和测量仪器之间的相互作用，构成原子现象中一个不可分割的整体。”从超对称到超引力，从量子理论到M——理论，从全息论到对偶论，把Einstein的广义相对论和费因曼的多重历史思想结合成能描述发生在宇宙中的一切完备的统一理论，都说明了相对绝对论的正确。

（一）、离散、连续的相对性与绝对性

连续和离散是矛盾的两个方面，也是相对性与绝对性的统一，根据唯物辩证法的观点它们也具有统一性的一面，从某一个方面考察是连续的量，从另一个方面考察是离散的。我们称之为离散与连续的相对性与绝对性原理。

根据离散与连续的相对性与绝对性原理可知，必须假定某些以前认为是连续的物理量是由基本量子组成的，例如容器中气体在宏观上施与器壁的压强是大量气体分子对器壁不断碰撞的结果。无规则运动的气体分子不断地与器壁相碰，就某一个分子来说，它对器壁的碰撞是离散的，而且它每次给器壁多大的冲量，碰在什么地方都是偶然的。但是对大量分子整体来说，每一时刻都有许多分子与器壁相碰，所以在宏观上就表现出一个恒定的、持续的压力。这和雨点打在雨伞上的情形很相似，一个个雨点打在雨伞上是离散的，大量密集的雨点打在伞上就使我们感受到一个持续的向下的压力。电影片的播放是离散的，但是在观众看来是连续播放的。在实数集中考察自然数集是离散的，但是在整数集中考察自然数集是连续的；光子的频率是离散的，但是在光谱学中可以认为是连续的；引力质量从基本粒子的角度分析是离散的，但是根据相对论物体的运动状态可以连续变化，引力质量也可以连续变化。基因遗传与数量遗传分别是遗传的离散和连续的表现形式，数量遗传积累到一定程度肯定发生基因的变异，基因遗传是数量遗传长期积累的结果，生物的进化应当是用进废退（数量遗传）造成基因突变，在自然选择的作用下发展的。因此根据相对论时间和空间构成四维时空连续统，也可以认为时空是离散的，由时空量子组成。

实数集在标准分析中是连续的，但是实数集可以与数轴上的点建立一一对应关系，而数轴由可数个离散的区间组成的。由于数学归纳法适用于离散集，因此也可以适用于实数集与复数集。（3）在非标准分析中是离散的，每一个点由可数个点构成，由非标准分析可以知道实数集是离散、连续的对立统一。集合论的创始人Cator把无穷基数分为无穷个等级，一个比一个大，并证明了“任何集S的超限数基数比集S超限数还大”。在这里“整体大于部分”成了谬误，而“部分大于整体”成为真理。数轴可以认为由可数个离散的区间组成的，只需要两种颜色就可以把数轴上的区间分开。复数可以与复平面上的点建立一一对应关系，而复平面可以认为由可数个矩形区域组成的，根据四色定理只需要四种颜色就可以把平面上的区域分开。类似地，只需要2n种颜色就可以把n维空间中区域分开，现代数学认为多于7种颜色才能把环面上的区域分开，笔者认为只需要8种颜色即可。

根据离散与连续的相对性与绝对性可以得知，离散与连续具有统一性的一面，因此函数与数列、级数与积分便统一在一起，函数极限的四则运算法则与数列极限的四则运算法则、函数极限的性质与数列极限的性质、函数极限的判定与数列极限的判定其实是同一个问题，也不难理解Heine定理；离散型随机变量与连续型随机变量也是相对性与绝对性的统一。

（二）、时空的相对性与绝对性

物理学所指的物质及其运动脱离不了时间与空间，时空也不能脱离物质而存在，时间和空间作为物理学上有效的因素是本质上的因素，时空观念是物理学中最基本的也是最重要的概念，任何对时空观念的更新与深化，势必对整个物理学产生巨大的和革命性的影响，从中引出的任何结论都是普适的，任何物理定律均不能与之相矛盾。

1、Newton的绝对时空观与Einstein的相对时空观

Newton认为绝对的、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、与任何事物无关地流逝着，又可名之为延续性。相对的、表观的和通常的时间是延续性的一种可感受的、外部的通过运动来进行的量度。绝对的空间就其本性而言，是与外界事物无关而永远是相同的和不动的。相对的空间是绝对的空间的可动部分和量度。(10)Newton已经认识到时空的绝对性与相对性的问题，但是他认为时空与外界事物、时间与空间无关的观点具有一定的局限性，而且它们相互之间是矛盾的，既然绝对空间是不动的，为何相对空间又是可动的部分？

现代物理学对于时空认识核心的是现代物理学中两项最重要的思想的结合：量子理论和Einstein的广义相对论——它所描述的是构成宇宙的物质本身：空间与时间。宇宙按照其定义，就是一切事物：物质、能量、空间、时间，Einstein的广义相对论是关于宇宙的的最出色的描述。量子理论把一切事物，都看作称为“量子”的彼此分离的包，而Einstein的广义相对论把空间和时间当作一种平滑的连续的组成成分来对待，而物质的引力质量使之扭曲。

以相对论力学为基础的现代物理学认为空间、时间与物体的运动状态存在着密切的联系，时间、空间是相对的，但也认为静止质量是绝对的。广义相对论把引力效应具体化为，宇宙中物质和能量的分布引起时空的弯曲和畸变，能量总是正的，它赋予时空以曲率，时空中的物体或光线企图沿着直线运动，曲率使轨道向对方弯折，它们的运动像是受到引力场的作用，广义相对论使时空弯曲，把它们从被动的事件发生的背景改变成为发生的事件的动力参与者，Einstein的广义相对论和大量的实验相符，它指出时间和空间是非常复杂地相互纠缠在一起，人们不能单独使空间弯曲而不涉及时间，这样时间就有了形态，然而它只能往一个方向前进。（5）广义相对论认为: 一个物体使自已周围时空弯曲, 另一物体在弯曲时空中沿短程线运动, 这就是引力的本质。由广义相对论引力场方程和短程线方程, 在线性近似下得到另一组方程

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这组方程成功解释了行星近日点的移动。光子经过太阳附近时受到太阳的吸引而改变方向,由(1-3)—(1-4)式求出的光偏折角是牛顿理论预期值的一倍。实际观察结果是与广义相对论一致, 爱因斯坦取得巨大胜利。随后人们观察到从太阳发出的光线到达地球时其频率由

广义相对论用引力势场中不同点时间间隔不同解释了这个实验结果。所以人们认为上述三个经典相对论引力实验支持广义相对论, 并且进一步得到时空是弯曲的结论。 Einstein的相对时空观与Newton 的绝对时空观分别看到了问题的一个方面，有一定的局限性，因此应正确理解时空的绝对性与相对性的辩证关系。

广义相对论“在现有的物理理论中，它也许是最美丽的。” Einstein提出了两条原则：①对应原则——在一个理论的基础上创立更为全面的理论时，原来的理论作为一个极限情况继续存在下去；②逻辑简单性原则——在一个新的理论中，独立的逻辑元素，即不定义的概念与推导不出的命题，应该比原有的理论更少。现代宇宙学起源于1917年，Einstein将广义相对论应用于宇宙学，建立了第一个物理的宇宙模型，认为空间整个来说是平直的、各向同性的Galileo、Euclid空间，即宇宙学原理（这个假设与现在的天文观测是符合的），而只是含在里面的引力质量才扰乱了这个特性。空间的几何学和时间流逝的速率均由宇宙中的物质成分所决定的，即时空的形状是由寓居其中的物质和能量决定的。只要涉及的空间在数量级上如天文学所处理的那样，这个概念当然是有理由的。但是宇宙的哪些部分是准Euclid空间的，不论它们多大，却是全然不同的问题。从曾经多次用到的曲面理论举一个例子，可以弄清这一点。如果曲面的某个部分实际上可当作平面，丝毫不能推断整个曲面具有平面的形状；这个曲面尽可以是半径足够大的球面。在相对论发展前，从几何学观点已讨论得很多的一个问题是宇宙全部来说是非Euclid的，随着广义相对论的诞生，这个问题已进入新的阶段，因为按照这个理论，物体的几何性质不是独立的，而是和引力质量分布有关的。Einstein的广义相对论其伟大功绩是找到了物质的存在和运动如何影响时空结构的方程，通常成为Einstein场方程。

2、时空的相对性与绝对性原理

众所周知，狭义相对论确立了时间和同时性的相对性概念。但是宇宙背景辐射提供了一个优越的参考系，它可以用来确定时间的绝对次序。对此，哈肯指出：“在某种意义上来讲，这个新的绝对空间导致了一个有趣的时间概念。……在狭义相对论中，作任意运动的不同观察者不可能找到一个共同的时间，而宇宙漂泊的观察者却经历着一个宇宙的或者说普适的时间。”在美国，以怀特海为先驱的过程哲学学派有着广泛的影响。过程哲学学派认为，世界即过程，过程由事件构成，事件表现出有秩序的连续性。怀特海的世界模式仍然服从相对论的光锥要求，即形成有秩序的连续序列的只是类时分离事件而不包括类空分离事件。远距关联实验（即贝尔不等式的实验检验）揭示了类空分离事件存在着因果联系，因此，它们也应当具有绝对的（与参考系无关的）先后次序。许仲平从四维对称标架中钟系的校准过程分析时间，指出相对论时间并不是唯一可能的，他提出了一种具有普适时间（t′=t）的理论。在现代物理学的最新实验事实和理论思维成果之中，我们应当选取哪些事实作为探索新时空理论的逻辑起点呢？

在高速运动状态或者宇观世界里，物质的引力质量比较大，影响了空间与时间的结构，此时以相对空间为主。（4）（笔者注：后面将要说明相对空间即物体激发的引力场，绝对空间是宇宙中所有引力质量激发的引力场）按照Einstein的想法，不能说相对论提供了详尽的世界图景，它只是提供了这幅图景所应当服从的某些要求，而且没有指明空间与时间的本质及区别。在广义相对论中，空间和时间不再是与物理学的其它方面无关的了，物体的几何特性和钟的运动依赖于引力场，这些场本身又是物质产生的。在广义相对论中，过程持续性、空间尺度、粒子引力质量以及有限与无限的观念也是依赖于参考系的。因此相对论本身并不是一个理论，而是对物理学理论的一个要求，空间与时间应当是绝对性与相对性的统一。因为根据广义相对论，不是物质存在于空间和时间之中，而是物质具有空间和时间的广延性，引力场与电磁场可以使时空发生变化，但是运用光学或射电望远镜会发现，除了一些局部的聚集外，星系大体均匀分布于整个空间，宇宙在非常大的尺度下显得相当均匀，（5）所以整个宇宙形成的绝对空间是平直的Galileo、Minkowski空间，绝对时间意味着中性时间（流速均匀），绝对空间对所有事物的作用是相同的，这表现了空间的绝对性，从某种意义上说，这是Newton空间的复活（1）。从原理上看，广义相对论的引力理论同Newton的理论全然不同。但其实际结果又如此接近，以致很难找到经验能及的标准来区别它们。、、、作为自然哲学领域中整个现代观念的结构的基础，其伟大而清晰的思想将始终保持其独特的意义。（8）但是它与Newton的绝对时空观不完全一致，在这里时间与空间有联系，而且时空与外界事物密切联系。现代物理学认为，如果质量——能量必须存在某处的话，那么应该处于这个平坦的空的空间中——一个完全没有任何种类的物质和场的区域（笔者注：绝对时空）。(6)相对空间是以条件为转移的，它具有细微的内在结构，根据物质的存在形式可以分为正曲率空间、负曲率空间，不同性质的空间对事物的作用是不同的。相对空间、相对时间、相对时空是绝对空间、绝对时间、绝对时空的表现形式（1）。绝对时空由相对时空组成，无穷个相对时空组成绝对时空，在研究两个物体的相互作用时，可以把第三个物体激发的相对时空作为绝对时空（此时绝对空间并不均匀，绝对时间流速也不均匀）。这一点类似于地理学中的高度都是相对的，但是若以海平面为基准，则可以成为绝对高度。地方时是相对的，但是倘若规定一个标准，则可以认为是绝对的，例如中国的北京时间。在宇宙的展现过程中，相对空间与绝对空间各司其职，两者对事物的作用以绝对空间为主，以相对空间为辅，尤其在低速世界中是这样。因为物质对时空结构的影响极其微弱（整个宇宙的正引力质量为无穷大），只有在具有大引力质量的天体的周围才能找到。由于整个宇宙的正引力质量为无穷大，因此宇宙应当是封闭的球形区域，射影几何的观点是正确的。

绝对时间由时间量子（相对时间）构成，绝对空间由空间量子（相对空间）组成（1）。绝对时间是宇宙时间箭头，本身是不变的，运动着的只是时间量子，而绝对时间没有过去、现在、未来的区别，过去并未过去，未来已经到来，过去、未来皆现在，这正如空间本身并不存在上下左右一样。时间的总量是不变的，即是守恒的。相对空间是一些可以在绝对空间中运动的结构，或是对绝对空间的度量，我们可以通过它与物体的相对位置感知它（7）。

相对的是时间量子（运动时间）与空间量子（运动长度）。微观领域中，当一个粒子轰击另一个粒子时，分离后的粒子的空间尺度不一定比原来的小，此时指的是空间量子。时间量子是宇宙中一切具体物质系统的时间方向性，是由它本身的内在矛盾及其与环境的相互作用而决定的。所谓流逝，只是时间整体序列性质的不断展现，只是物质在时间中的秩序性。

弯曲时空中的时空流形坐标的意义，是长期困扰相对论理论的最基本的问题之一。如果区分两类时空坐标，一类不能与直接测量相联系，纯属数学描述引入的时空坐标，另一类能与直接测量相联系的时空坐标。（8）笔者认为前者应当是绝对时空坐标，后者应当为相对时空坐标。

时间的总体是同一的（每时每刻都是全息的），宇宙全息现象是时空对称性的表现形式。根据时空对称性的相对性与绝对性，宇宙万物既全息又不全息，这样我们便对唯物辩证法的矛盾的普遍性与特殊性的辨证关系认识深入了一步。中国科技大学的李志超先生所说的：“全息学迄今主要被看作是一门技术科学，但它的深度和广度应该大大扩展。从信息学角度而言，全息学与思维、生命、宇宙等大科学学科有密切关系。为此，有必要从数理基础上重新整顿全息学体系。”量子引力可以展示全息性。（11）分形几何学的基本思想是：客观事物具有自相似性的层次结构，局部与整体在形态、功能、信息、时间、空间等方面具有统计意义上的相似性，称为自相似性。这与宇宙全息统一论是一致的，利用分形几何学可能研究宇宙全息统一论。Einstein认为："西方科学的发展是以两个发现为基础的，这就是希腊哲学家发明的形式逻辑体系（在Euclid几何学中）以及通过系统的实现发现有可能找到因果关系（在文艺复兴时期）。在我看来，中国的贤哲没有走上这两步，这倒不是令人惊奇的，令人惊奇的倒是这些发现在中国全都做出来了"。这说明中国古典哲学中尚存在着许多重要的问题需要研究。

（三）、运动和静止的相对性与绝对性

运动是时间的本性，静止是空间的本性。运动和静止是无限与有限、空间与时间相互作用的结果，也是一切事物相互规定之统一效应的展现。运动和静止是矛盾着的两个方面，运动过程中包含着静止，静止过程中包含着运动，运动和静止是相互包含的。绝对运动即没有运动，绝对静止即没有静止，运动和静止成为无条件的和永恒的。运动和静止在无限的宇宙中，没有彼此之分，完全融为一体，达到了绝对的全息，因而消除了两者的对立性，即消除了两者的矛盾性，使运动和静止的存在都不以对方的存在为前提，两者合二为一，其存在不依赖任何条件。然而，绝对运动是相对运动的标准，绝对静止是相对静止的标准（1）。运动是守恒的，也意味着运动是不变的——静止的。

从位置的固定性和非固定性上、从事物质的稳定性和非稳定性上、从运动形式的单一性和多样性上看，运动既是无条件的、永恒的，又是有条件的、暂时的，因而运动既是绝对的、标准的，又是相对的；静止也既是无条件的、永恒的，又是有条件的、暂时的，因而静止既是绝对的、标准的，又是相对的。运动和静止都是绝对与相对的统一。唯物辩证法认为运动是绝对的，静止是相对的，具有一定的局限性。物质与运动和静止是不能分离的，而一切物质形态的运动都存在于时间和空间中，其运动和静止并非杂乱无章，而是有序的，按照一定规律存在的。①

物体在相对空间里静止，在它周围物质形成的绝对空间里以光速运动，因此它的引力能量为mc²（证明见下文——时空平权问题），因为Newton运动定律适用于绝对空间与绝对时间，Newton反映了绝对时空对物质的作用。由于相对空间在绝对空间里以光速运动，物体在真空中运动，类似于船舶在河流中航行，在绝对空间里做任何实验都不可能确定河水在运动，因此Einstein的相对性原理有其正确的一面。由于地球在运动过程中不可能带动真空，光在绝对空间中静止，因此对恒星光行差的观测和不存在真空折射，并不能否认绝对时空的存在。爱因斯坦在自己撰写的《物理学的进化》书中第112页已经发出感叹：“可惜我们不能置身于太阳与地球之间，在那里去证明惯性定律的绝对有效性以及观察一下转动着的地球。”由于运动是相对的，整个宇宙形成的绝对空间没有运动问题。

在相对时空中，倘若忽弱广义相对论效应，也能得到结论。例如两个物体的引力质量分别为M、m，它们之间的作用力为F，相对位移为S，则对于一个物体所作的功均为FS（以另一个物体为参照物），因此动能相等，物体的动能可以用0.5mv²表示。静止物体在绝对空间里的动能为mc²，因为整个宇宙的正引力质量为无限大。因此动能是引力能的时空量子形式。整个宇宙的存在是无条件的、绝对的，但它的绝对性正是通过有条件的、相对的一切具体的运动形式而存在的。离开一切相对的具体过程的纯粹“绝对”也是没有的。无条件的、绝对的运动，即存在于有条件的、相对的一切具体的运动形式之中。每一运动形式和每一发展过程，都是绝对运动着宇宙的不同方面、部分和阶段。

按照广义相对论，黑洞并不是通常意义上的物质实体，而是一个区域，一个极度弯曲了的空间。一旦物质落入这一弯曲了的空间，它就立刻消失得无影无踪，不管黑洞吞掉了多少物质，它本身依旧是弯曲的空间。黑洞的存在证明了空间的独立性与绝对性，因为物质运动的状态是受空间曲率制约的，在黑洞中物质与绝对空间实质上发生了一定程度的分离，但是黑洞与相对时空并没有发生分离。根据量子效应，黑洞表面附近的真空里时时出现虚粒子对。如果一个负能量的虚粒子（时空量子）掉入黑洞，另一个虚粒子（时空量子）就可以变为实粒子射到外面去，一个负能量的虚粒子（时空量子）掉入黑洞，其效果是减少了黑洞的能量。这样我们不难理解Hawking的黑洞辐射理论，黑洞不黑的问题。另外可能存在带 electric charge的黑洞，一个带 electric charge的黑洞既有electric field 又有引力场，二者都可以储存能量。黑洞中信息的丧失以及黑洞的体积随着质量的增加，密度逐渐减小。

狭义相对性原理认为，所有惯性参考系都是完全等价的，不存在一个优越的特殊的惯性参考系；在一个惯性参考系内部做的任何物理实验都无法发现该惯性系相对任何别的惯性系的运动速度。在现代宇宙学的成就面前，上述论断已经难以成立。狭义相对性原理和现代宇宙学是完全冲突的。当前比较公认的宇宙学理论，建立在宇宙学原理的基础上，即假设宇宙在空间上是均匀而且各向同性的。宇宙可以看作是密度到处都相同的流体，而星系或星系团就是组成这种流体的质点。由于均匀性和各向同性的要求，这种流体只能均匀膨胀或均匀收缩。现代宇宙学认为，在宇观范围内，存在着“宇宙标准坐标系”，典型星系或星系团在这个坐标系中是相对静止的；“宇宙标准坐标系”是优越的空间坐标系，典型星系和宇宙背景辐射对于这个坐标系均匀和各向同性；可以测量地球相对于宇宙标准坐标系的运动速度。现代宇宙学得到河外星系红移和2．7K宇宙背景辐射等大量观测事实的支持。宇宙背景辐射是美国科学家彭齐斯和威尔逊于1965年发现的。近几年的研究证实，背景辐射严格地各向同性的情况只存在于一个惯性系中，在相对它运动的任何其他惯性参考系中显示出辐射温度的方向变化。可以认为，宇宙背景辐射是宇宙标准坐标系的最好的物质体现。测量从各个方向到达地球的宇宙背景辐射温度的微小偏离，得到我们的地球穿过这个“宇宙背景”的绝对运动速度大约为400公里／秒。正是这个速度被称为“新以太漂移”。Einstein在以太问题上也曾犹豫不定。1920年，他在题为《以太和相对性原理》的演讲中说：“根据广义相对论，空间没有以太是不可思议的。实在的，在这种（空虚的）空间中，不但光不能传播，而且量杆和时钟也不可能存在，因此也就没有物理意义上的空间一时间间隔。……因此，在这种意义上说，以太是存在的。”他甚至说到：“至于这种新以太在未来物理学的世界图像中注定要起的作用，我们现在还不清楚。”现在，面对宇宙背景辐射等实验事实，许多著名的物理学家都认为应当恢复以太假设。柏格曼认为，在宇观尺度上，相对性原理被破坏了；宇宙背景辐射只在一个独一无二的参考系中各向同性，在这个意义上，那个参考系代表“静止”。韦斯科夫认为，无论如何，观察到的2．7K辐射决定了一个各向同性的绝对坐标系；迈克尔逊和莫雷的梦想变成了现实，即找到了我们太阳系的绝对运动，不过不是相对于以太，而是相对于光子气。斯塔普认为，2．7K背景辐射定义了一个优越的参考系，利用它可以决定事件发生的绝对顺序。协同学创始人哈肯也认为，狭义相对论否定了特殊参考系的存在，但是宇宙背景辐射却成了一个绝对的参考系。罗森甚至认为，宇宙学的最新发现要求回到绝对空间的观念。胡宁认为，在迈克尔逊实验的零结果和以太模型之间并不存在任何矛盾；在某种意义上，前述400公里／秒的速度可以看作是迈克尔逊所要测量的地球相对于以太运动的速度。他认为，宇宙背景辐射各向同性分布所决定的坐标系可以看作是真空的静止坐标系；相对性原理的适用范围应有一定的限度。最后，我们看一看当代著名物理学家狄拉克对此作出的评论。早在1970年，狄拉克就指出：“以太观念并没有死掉，它不过是一个还未发现有什么用处的观念，只要基本问题仍未得到解决，必须记住这里还有一种可能性。”他在1979年美国普林斯顿纪念Einstein诞生一百周年大会的报告中进一步说到：“可以说，宇宙背景辐射只对于一个观测者来说是对称的，这个优惠的观测者在某种绝对意义上是静止的，也许他就对于以太是静止的。这恰恰与Einstein的观点相矛盾。……在某种意义上说，洛伦兹是正确的而Einstein是错误的，因为Einstein说过的一切，是当时的物理学不可能观测到绝对的零速度。……为什么迈克尔逊和莫雷得到零结果，为什么他们观测不到地球的绝对运动，唯一的解释是他们的技术不行。今天的技术比约一百年前能达到的水平要高明得多。用现代化的技术，绝对运动是存在的。”

（四）、同时性的相对性与绝对性

爱因斯坦在1905年《论动体的电动力学》一文中建立狭义相对论时，提出了同时的相对性。爱因斯坦在思想世界中经过一番想象推论之后指出：“我们不能给予同时性这概念以任何绝对的意义；两个事件，从一个坐标系看是同时的，而从另一个相对于这个坐标系运动着的坐标系看来，它们就不能再被认为是同时的事件了。”（参见商务引书馆1977.7《爱因斯坦文集》第二卷89页）。为了让读者了解爱因斯坦的同时的相对性的本意，作者在下面摘录了爱因斯坦于1916年在《狭义与广义相对论浅说》一书中对同时的相对性所作详细阐述的原文和配图（参见上海科学技术出版社1964.8《狭义与广义相对论浅说》，21页）：

假设有一列很长的火车，以恒速 v 沿着如图标明的方向在轨道上行驶。在这列火车上旅行的人们可以很方便地把火车当作刚性参考物体（坐标系）；他们参照火车来观察一切事件。因而，在铁路线上发生的每一个事件也在火车上某一特定地点发生。而且完全和相对路基所作的同时性定义一样，我们也能相对火车作出同时性的定义。但是，作为一个自然的推论，下述问题就自然产生（参见图一）：

对于铁路路基来说同时的两个事件（例如A、B两处雷击），对于火车来说是否也是同时的呢？我们将直接证明，回答必然是否定的。

当我们说A、B两处雷击相对于路基而言是同时的，我们的意思是：在发生闪电的A处和B处所发出的光，在路基A→B这段距离的中点m相遇。但是事件A和B也对应于火车上的A点和B点。令M为在行驶中的火车上A→B这段距离的中点。正当雷电闪光发生的时候（从路基上判断），点M自然与点m重合，但是点M以火车的速度v向图中的右方移动。如果坐在火车上M处的一个观察者并不具有这个速度，那么他就总是停留在m点，雷电闪光A和B所发出的光就同时到达他这里，也就是说正好在他所在的地方相遇。可是实际上（相对于铁路路基来考虑）这个观察者正在朝着来自B的光线急速前进，同时他又在来自A的光线前方向前行进。因此这个观察者将先看见自B发出的光线，后看见自A发出的光线。所以，把列车当作参考物体的观察者就必然得出这样的结论，即雷电闪光B先于雷电闪光A发生。这样我们就得出以下的重要结果：对于路基是同时的若干事件，对于火车并不是同时的，反之亦然（同时的相对性）。每一个参考物体（坐标系）都有他本身的特殊的时间；除非我们讲出关于时间的陈述是相对于哪一个参考物体的，否则关于一个事件的时间的陈述就没有意义。

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绝对有序的概念和普适时间的概念都包含同时的绝对性论断，这与狭义相对论的同时的相对性是完全矛盾的。最后可以提到，在时间观念上，作为现代物理学的两个支柱的相对论和量子理论一直存在着抵触。量子力学在绝对意义上使用时间的概念，同时性也具有绝对的意义，而相对论认为这是不容许的。正如狄拉克所说：“这里我们就碰到了巨大困难的开头。……这个抵触是最近四十年来物理学的主要问题。可以说，物理学家们的主要努力全是围绕着要协调相对论和量子力学这一问题而转的。对于这一课题已经做了大量工作，但还看不到解决的办法。”现在，远距关联实验的结果也许为我们解决这个问题提供了一点依据和线索。

相对时空中时空分离速度为光速，因此同时性是相对性与绝对性的统一，也符合唯物辩证法的观点——除了作为整体的宇宙及其一般规律而外不承认任何绝对不变的东西和绝对不变的界限。狭义相对论引发了对空间和时间的物理概念的清晰理解，对运动着的测量杆和测量钟的行为的认识。它在原则上去掉了绝对同时性的概念，表明了当处理运动速度同光速相比不是小的可以忽咯的运动时，如何对运动规律进行修改。它导致了Maxwell的电磁场方程组形式上的澄清，尤其是它还引发了对electric field和磁场本质上的同一性的理解。它把质量守恒和能量守恒这两个规律统一起来，从而展示了质量和能量的等效性。从形式的观点上看，人们可以这样来刻画狭义相对论的成就：它概括性地表明了普适常数C（光速）在自然规律中扮演的角色，同时展示了以时间为一方，空间坐标为另一方，两者进入自然规律的方式之间存在着密切联系。（8）

从上面的分析可以看到，Einstein所讲的同时性的相对性只是对于以光速传播的电磁场而言，并非绝对化。在运动会上以光信号与声信号得到的同时性是不同的，但是绝对的同时性在理论上还是存在的，例如A点发出的光信号，在以A点为圆心，以R为半径的圆上收到信号的时间是同时的。由于绝对空间以无穷大的速度传播，因此存在绝对的同时性。

（五）、有限和无限的相对性与绝对性

有限和无限是辩证法的一对范畴，Einstein讲：“有限与无限的问题是数学中最有趣而又最复杂的问题。”有限是指与其他事物相对，因而受其他事物影响或规定，即有条件的东西；无限是指不与任何其他事物相对，因而也不受任何其他事物影响或规定的东西。对于有限和无限不能仅从数量方面来理解。有限的东西固然有其确定的数量规定，但这只是有限性的表现形式之一；它所固有的质，才决定了它是它自身而不是他物，同时也就构成对它自身和对他物的一种限制。无限作为对有限的超越或否定，实质上是对一切质的和量的规定及其关系不断扬弃的过程。无限和有限是辨证的统一，两者之间既是普遍和特殊的关系，又是整体和部分的关系。从前一种意义上讲，无限就是无条件地存在于一切个别之中的普遍的东西，以有限为其存在形式；从后一种意义上讲，无限由有限所组成，是一切有限的东西的集合或整体。无限不是感性地存在着的东西，不能感性地把握，而只能经由个别上升到特殊，再有特殊上升到普遍的途径来把握。（9）例如每一个有限集合都不等价于其任意一个部分（真子集），而每一个无穷集合都等价于其某一个部分（真子集）。数学分析正是运用有限来认识无限的问题，其中极限是运用无限逼近的方式来研究数量的变化趋势的。实数集是无限的，但是根据实数的有限覆盖定理，可以用有限个区间覆盖。

参考文献：
1、《宇宙全息统一论》王存臻、严春友著山东人民出版社 1995年版
2 、《相对绝对论》李英杰著
3、《济南教育学院学报》2002年第4期《数学归纳法的拓广》李学生
4、《相对论的意义》 A.Einstein 著李灏译科学出版社 1979年
5、《果壳中的宇宙》史蒂芬. 霍金著吴忠超译湖南科学技术出版社 2002年2月
6、《皇帝新脑》——有关电脑、人脑及物理定律 254页（英）Roger Penrose著许明贤吴忠超译湖南科学技术出版社
7、《自然哲学之数学原理》（英） Newton 原著王克迪译袁江洋核陕西人民出版社
8、《Einstein晚年文集》 Einstein 著方在庆韩文博何维国译海南出版社 2000年3月第1版
9、《哲学小百科》邢贲思主编中国青年出版社1984年10月

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