《现代物理学与东方神秘主义》（7）

12 空间--时间

现代物理学肯定了东方神秘主义最引人注目的基本思想之一，这就是我们用来描述自然的所有概念都是有限的，它们并不是实在的性质，虽然我们倾向于相信这一点。而实际上它们只是我们头脑的创造。它们是一张地图的一部分而不是领土的一部分。当我们推广自己经验的领域时，我们理性思维的局限性就变得明显了，我们只好修改或者甚至放弃我们的某些概念。

关于空间和时间的概念，在我们这张关于实在的地图中占有突出的地位。它们使我们环境中的事物和事件具有秩序，因而不仅在我们的日常生活中，而且当我们企图通过科学和哲学去理解自然时。都占有突出的地位。可以说没有一条物理学的定律不需要空间和时间的概念。因此，由相对论所带来的关于这些基本概念的改变，是科学史上一次最伟大的革命。

经典物理学的基础是绝对的三维空间和独立的一维时间的概念。空间与其中包含的物体无关并遵循欧氏几何的定律。时间也是绝对的，在均匀地流动着，与物质世界无关。这种关于时间和空间的概念在西方的哲学家和科学家头脑中是根深蒂固的，他们把这看成是自然正确无疑的性质。

相信几何学是自然所固有的性质，而不是我们用来描述自然框架的一部分，这起源于希腊人的思想。论证几何学是希腊数学的主要特点，对于希腊哲学具有深刻的影响。这种方法从没有疑问的公理出发，用演绎推理导出定理，成为希腊哲学思想的特点。因此几何学是所有智力活动的核心，是哲学训练的基础。希腊人相信，他们的数学定理表达了久恒的严格的真理，几何图形则是绝对美的表现。几何学被看成是逻辑和美的完美结合，是由神创造的。因此柏拉图的名言是："上帝是几何学家。"

因为希腊人把几何学看成与上帝有关。因此在他们看来，天上应该表现出完美的几何图形也是理所当然的。这就意味着天体的运行轨道应该是圆。为了使这幅图象更富有几何味，还把它们设想成固定在一串共心的水晶球上作为一个整体而运动，而地球则位于它们的中心。

在以后的世纪里，希腊的几何学仍然对于西方哲学和科学具有强烈的影响。直到本世纪初，欧几里得的《原本》仍然是欧洲学校的标准课本。在两千多年里欧几里得几何被当作空间的真实性质。是爱因斯坦才使科学家和哲学家们认识到，几何学并不是自然所固有的，而是人们头脑中的产物。
东方哲学和希腊哲学不同，他们坚持空间和时
间是由头脑构造出来的。东方神秘主义者把它们看成和其他概念一样，是相对的、有限的，是一种错觉。在佛教典籍中有这样一段话：
佛教导我们，嗬！和尚们，……那过去，未来，具体的空问……以及各种个体，只是名称，是思维的形式，是通用的言语，只是实在的表面形式。

因此在东方几何学从未取得它在古希腊那样的地位。这并不说明印度人和中国人不了解它。他们广泛地应用几何学的知识，但是并不认为有必要使自然也适应直线和圆的体系。可以说东方古代的哲学家和科学家早已具有相对论中极为重要的观念。我们的几何学概念并不是关于自然的绝对的、不可变更的性质，而是一种智力的构造。用马鸣的话来说，应该清楚地认识到空间只是一种阐述的方式，本身并不是一种真实的存在……空间是相对于我们阐述的意识而存在的。我们关于时间的思想也是这样。东方神秘主义者把空间和时间的概念和特定的意识状态联系在一起。他们可以通过沉思而超越通常的状态，从而认识到通常的空间和时间的概念并不是终极的真理。由他们神秘主义的经验所导致的空间和时间概念的深化，在许多方面与以相对论为代表的现代物理学中的概念是类似的。

那么相对论究竟产生了什么样的时空新观念呢？它是根据这样的发现，空间和时间的测量都是相对的。其实空间描述的相对性并不是新东西。早在爱因斯坦之前人们已经知道物体在空间的位置只能根据它和其他物体的相对关系来确定。"上"、"下"、"左"、"右"这些概念都是相对的，与观察者的位置有关。但是经典物理学对于时间的看法是完全不同的。两个事件的时间顺序被认为是与观察者无关的。关于时间的描述如"先"、"后"、"同时"被认为具有绝对的意义，不依赖于任何座标系统。

爱因斯坦则认识到时间的描述也是相对的、依赖于观察者。当观察者的运动速度可以和光速相比时，观察者运动的速度不同，他们按时间排列事件的顺序也不相同。对于一个观察者是同时发生的事件，对于另一个观察者来说却不是同时发生的。在高能物理学中，发生的事件是几乎以光速运动的粒子间的相互作用。这时，时间的相对性就表现出来，并为无数的实验所证实。

时间的相对性也迫使我们放弃牛顿绝对空间的概念。这种空间被看成是在每一时刻容纳事物的固定框架。既然同时性具有相对性，它依赖于观察者的运动状态。那么就无法对于整个宇宙定义这样一个确定的时刻。因而无法以一种绝对的方式谈论"给定时刻的宇宙。"这就是说并不存在独立于观察看的绝对空间。
因此，相对论证明了所有的测量，包括空间和时间都失去了绝对的意义，并迫使我们放弃关于绝对空间和绝对时间的经典概念。这种发展的根本意义由孟德尔·萨克清楚地表达出来了：

爱因斯坦理论带来的真正革命……是放弃这样的观念，时--空座标系统作为独
立的物理实在具有客观的意义。取代这种观念的是相对论意味着，空间和时间的座标只是观察者用来描述自己环境所用语言的要素。
出自一位当代物理学家的这种陈述表明了在现代物理学中空间和时间观念的密切联系，而这也是东方神秘主义者所持的看法。

现在已经把空间和时间归结为观察者描述自然现象所用语言要素的主观作用，而每个观察者描述现象的方式是不同的。为了从他们的描述中抽象出普遍的自然规律，他们必须以这样的方式描述自然规律，它对于所有的座标都采用同样的形式，也就是说与观察者的位置以及相对运动无关。这种要求就是人们所知道的相对性原理。事实上它就是相对论的出发点。有趣的是相对论的萌芽包含在一个佯谬中。当爱因斯坦只有16岁时，他试图设想，当观察者乘坐一列以光速运行的列车、跟着一束光前进时会看到什么现象。他得出的结论是观察者将会看到这束光作为电磁场来回振荡但不会前进，也就是说不会形成波。但是这种现象在物理学中是未知的。对于年轻的爱因斯坦来说，似乎有某种东西，它在一个观察者看来是熟知的电磁现象，即光波，但在另一个观察者看来却是一种与物理学定律相矛盾的现象。这是他所不能接受的。后来，爱因斯坦认识到，只有在空间和时间的描述都是相对的条件下，关于电磁现象的描述才能满足相对性原理。

为了检验相对性原理是否能得到满足，也就是说一个理论的方程式是否在所有系统里都有相同的形式。那就要能对时--空座标系统，或者说"参照系"进行变换。这种参照系的变换在经典物理学中早已为人熟知并广泛得到应用。这种变换的精确表达很容易惜助于初等几何而得到。

在相对论物理学中，新的问题是时间加到三维空间的坐标上而成为第四维。这样一来，进行变换后的每一维坐标都和原来的坐标中各维有关系。这样时间和空间就成为不可分割的，它们相互联系而形成了四维的时--空连续区域。这种时--空概念是由赫尔曼·闵可夫斯基在1908年著名的演讲中提出的：

我要在你们面前提出的关于空间和时间的观念，是扎根于实验物理学的土壤。这是它们的力量所在。它们是带根本性的。今后空间和时间本身是注定要消退成影子的，只有两者的统一才能作为独立的实在而保存下来。

空间和时间的概念对于描述自然现象如此根本，因为它们的更改，就会使我们在物理学中描述自然所用的整个框架发生变动。在新的框架里，时间和空间具有同样的地位并且不可分割地联系在一起。凡要描述与高速有关的现象就要采用这样的框架。

早在相对论之前，在天文学中就已经熟悉空间与时间之间的密切联系了。不过这是在另外一种关系中。天文学家和天体物理学家所处理的是非常大的距离，因而光从观察对象到观察者需要一定的时间也就显得举足轻重了。由于光速的有限性，天文学家永远无法观察宇宙目前的状态，而只能观察它过去的状态。这决不意味着对于天文学家是一种不利条件，而是具有很大的优越性。这使他们可以观察到恒星、星云或银河系在各个阶段的演化过程。在过去几百万年发生的各种类型的现象都可以在天空中的某处实际观察到。

我们在前面已经说过，空间和时间的统一导致其他基本概念的统一，而且这种统一是相对论框架最基本的特征。在非相对论物理中看来完全没有联系的概念，现在看来只是同一概念的不同方面而已。这种特点使得相对论框架的数学形式极为优美漂亮。不过这对我们的直觉并没有多大帮助。我们无法直接感觉到四维时空的经验或者其他的相对论概念。

例如，在经典物理学中，总是假定一根棒在运动和静止时都具有同样的长度。而相对论却证明了一个物体的长度与它相对于观察者的运动速度有关．这种变化就是物体在运动的方向收缩。在高能物理的"散射"实验中，粒子以极高的速度碰撞，这种相对收缩极为显著，以至于球形的粒子成了"薄煎饼"。

重要的是要认识到，询问一个物体的"真实"长度是没有意义的。这好比在我们口常生活中询问某人影子的真实长度一样是没有意义的。影子是三维空间的点组在二维平面上的投影，它们的长度随着投影的角度而变化。同样，运动物体的长度是四维时--空中的点组在三维空间里的投影，它们的长度是因参考标架而变化的。

时间间隔的情形也和长度一样。它们也依赖于参考标架。和空间距离不同的是当相对于观察者的速度增加时，时间间隔就会伸长。这就意味着运动的时钟会变慢，时间就会延缓。这一点听起来似乎令人难以相信，却在粒子物理中得到了很好的证实。大部分亚原子粒子都是不稳定的，它们经过一定的时间后会分解成其他粒子。大量的实验证明了这种粒于的寿命依赖于它们运动的速度。它随着粒于运动速度的增加而增加。当然这并不是说粒子固有的寿命发生了变化。从粒子本身看来，寿命总是一样的。但是从实验室的观察者来看粒子的"内部钟"变慢了，因而寿命也就延长了。

所有这些相对论效应看起来不可思议，这是因为我们无法用自己的感觉来体验四维的时空世界，而只能观察它在三维空间中的"象"。这些象在不同的参考标架里具有不同的面貌。如果我们不能意识到这是四维时--空现象的一种投影，那么这些效果就是很荒唐的。如果我们能够看到四维时--空的实在，那就根本不存在什么荒谬的东西了。

看来好象有一种对于实在的时--空性质的强烈直觉贯穿着东方神秘主义。空间与时间不可分割地联系在一起，这一事实一再被强调，而这也是相对论物理的特点。这种关于空间和时间的直觉观念可以说在华严宗得到了最透彻的阐述。在《华严经》中一再强调"空间与时间的相互渗透"并把这看成是顿悟状态的主要特征。用铃木大拙的话来讲：


除非我们亲自体验，否则是无法理解《华严经》及其哲学的意义的。……这是一种完全融为一体的状态，不再有心和身、主体与客体之间的差别、……我们环视周围并感觉到……每个物体都和其他所有物体相联系，……不仅在空间上有联系而且在时间上也有联系……作为一种纯粹经验的事实，没有离开时间的空间，也没有离开空间的时间，它们是相互渗透的。

很难找到更好的方式来描述时空的相对概念。
值得指出的是，物理学家与佛教徒都强调这样的事实，关于时--空的观念是以经验为基础的。前者是根据科学实验，后者是根据神秘主义的经验。

在我看来，具有时间意识的东方神秘主义直觉，是它的自然观比希腊哲学更适合于现代科学观的主要原因。因为意识到空间和时间是密切联系、相互渗透的，因此现代物理学和东方神秘主义的世界观本质上都是动态的观点。它把时间和变化看成基本因素。这一点在下一章还要详细讨论。因为东方世界观的两个基本要素就是宇宙的统一性及其固有的动态性质。

迄今为止我们讨论的是"狭义相对论"的内容。它为描述与高速运动物体有关的现象提供了框架。把这个框架进一步推广成广义相对论就把重力包括在内了。按照广义相对论，重力的效应使时--空发生弯曲。这又是难以想象的。作为一种类比，我们可以把曲面上的几何性质与平面上的几何性质进行比较。从它们之间的偏离程度来理解曲面的弯曲程度。同样可以把三维空间的几何性质与欧几里得三维空间进行比较来理解三维空间的弯曲程度。按照爱因斯坦的相对论，空间的弯曲是由具有质量物体的重力场所引起的。空间弯曲的程度也就是空间几何性质偏离欧氏几何的程度，它取决于物体的质量。

把空间的曲率与物质的分布联系起来的方程被称为爱因斯坦场方程。它们不仅可以用来确定恒星和行星邻域曲率的局部变化，而且可以用来发现空间在大范围内的全曲率。用爱因斯坦的活来讲，爱因斯坦方程可以用来确定宇宙的整体结构。不幸的是，这种方程的解并不是唯一的。方程可以有多种数学解。这些解构成了宇宙学所研究的宇宙模型。其中有些要在下一章进行讨论。当前宇宙学的主要任务就是确定其中哪一个适合于我们宇宙的实际结构。

因为在相对论中空间与时间是不可分的，因此由重力所引起的弯曲并不限于三维空间，而是扩展到四维时空。在弯曲的时空中、曲率引起的歧变影响到空间关系，而且影响到时间间隔。不过观察者本人是无法觉察时间变化的，因为他用来测量的钟也会随之而变化。因而他是无法测出这些变化来的。

在我们地球的环境中，重力对于时一空的影响是可以忽略的，但是在天体物理学中要处理质量非常大的天体，这种时一空弯曲就是一种重要的现象，所有的观察都肯定了爱因斯坦的理论，从而迫使我们相信时一空确实是弯曲的。当质量很大的星体因重力而塌缩时，最极端的时--空弯曲的效应就变得明显了。
当星体塌缩时就变得密度越来越大，对其表面的重力作用也越来越强，它周围的时空也就弯曲得越厉害。其结果是任何物质、包括光在内都很难从那儿逃脱出来。因而，从外部世界无法获得它内部所发生事件的任何信息。我们也无法观察到这样的星体。因而人们把它称为黑洞，在1916年根据广义相对论就已经预言了黑洞的存在，而现在则引起了人们极大的注意。最近的一些发现指出，有些很重的星体绕着某种看不见的中心体旋转，这很有可能就是黑体。

黑体是现代物理学所研究的最神秘、最迷人的对象，它以一种最思辨的方式证明了相对论的效应。在它周围时空的严重弯曲，不但阻止了它们的光到达我们这儿，而且对时间也有明显的影响。如果有一个向我们发出信号的钟落到正在塌缩星体的表面，我们就会看到这些信号逐渐变慢。而一旦这种星体成为黑洞，钟的信号就不再到达我们这儿。对于外部的观察者来说，在星体表面的时间流就逐渐减慢，直到完全停止。因此星体的完全塌缩可以说需要无限长的时间。但是对于星体本身来讲，时间的流动是正常的，完成塌缩过程只需要有限的时间，从而成为密度无限大的一点。那么塌缩过程在实际上究竟需要有限的时间还是无限的时间呢？在相对论的世界里，这样的问题是没有意义的。一个正在塌缩的星体的寿命就和其他时间间隔一样是相对的，它依赖于观察者的参考标架。

在广义相对论中完全放弃了关于空间和时间是绝对的、独立的存在的经典概念。不但所有与空间、时间有关的测量是相对的，依赖于观察者的运动状态，而且时--空的整体结构不可避免地与物质的分布有关。空间的弯曲程度不同，宇宙里不同地方时间流动的速率也不相同。因此，我们认识到关于三维欧氏空间和时间线性流动的概念，局限于我们关于物理世界的常规经验。当我们推广这种经验时就必须抛弃原来的观念。

东方的圣贤也谈到如何把他们对世界的经验推广到更高的意识状态，他们还断定这些状态包括截然不同的关于空间和时间的经验．他们不但强调在沉思中超越通常的三维空间，而且超越对于时间的一般认识。不过，东方神秘主义者有关这方面的说法是很含糊的，很难理解他们所要说的意思究竟是什么。但是现代物理学可以加深这种理解，因为它可以用图来表示，这种理论如何超越通常的时间观念。

在相对论物理中，一个物体的历史，也就是说一个粒子的历史可以用所谓的"时--空图"来表示。在这些图中，水平方向表示空间，垂直方向表示时间。粒子通过时一空的途径称为它的"世界线"。如果粒子是静止的，它的世界线就是一条垂直的直线。如果粒子是运动的，那就是一条斜线。越斜得厉害，运动得就越快。
在相对论物理学中，时一空图用来描述不同粒子之间的相互作用。

构成这种时--空图及其数学表示合适框架的理论就是所谓的"量子场论"。这是现代物理学中主要的相对性理论之一。对于我们讨论时--空图来讲，知道这个理论的两个特点就已经够了。一个特点是所有的相互作用都和粒子的产生和消灭有关。第二个特点就是粒子和反粒子的基本对称性。对于每一种粒于，都存在一种反粒子，具有同样的质量，带有相反的电荷。例如电子的反粒子就是正电子。一对电子与正电子可以由光子自发地产生，也可以在相反的湮灭过程中再转化为光子。

我们可以对时一空图作一番改进。世界线上的箭头不再表示粒子运动的方向，而是用来区分粒子和反粒子。如果箭头向上就表示粒子，箭头向下则表示反粒子。光子就是自己的反粒子，因而在它的世界线上没有箭头。通过这番改进后，我们就可以使时一空图简化，不必标上粒子的符号也不会引起混乱。为了使图更加简化还可以把空间轴和时间轴也去掉。只须记住时间的方向是从下到上，而空间的方向是从左往右。

量子场论的数学表达启示我们，对于这些世界线可以有两种不同的解释方法。既可以看成是一个正电子顺时间往上运动，也可以看成是一个电子逆时间往下运动。这两种解释在数学上是等价的。一个反粒于从过去走向未来，也就是一个粒子从未来走向过去。粒子相互作用的相对性表明了时间方向的完全对称性。所有的时间一空间都可以从任何一个方向去理解。而对于每一个过程都有这样的等价过程，即用对应的反粒子代替粒子，同时则使时间的方向逆转。

现在让我们来看看亚原子粒子世界的这种性质如何影响我们关于空间和时间的观念。对于下面的时--空图，我们可以按照约定的方式进行解释：有一个电子（用实线表示）和一个光子（用虚线表示）彼此接近；光子在A点处产生一对电子和正电子，电子飞向右侧，正电子飞向左侧；然后正电子与原来那个电子碰撞，在B处彼此湮灭并产生光子飞向左侧。但是我们也可以把这张图解释成是两个光子与一个电子的相互作用。这个电子先按时间的正向运动，然后反向运动，然后又按正向运动。第二种解释比较简单，因为我们只要顺着一个粒子的世界线。但是另一方面，我们马上注意到，这样做会碰到语言上的严重困难。电子"先"到达B点，"后"
到达A点；而在A点吸收光子，却又在B点放出光子之"前"。

而要避免这种困难的最好办法，就是把时--空图不是看成是按照时间的顺序记载粒子的行径入而是看成是以四维方式表示有关事件的网络，它并不涉及到时间的方向性。用这种方式我们就不必谈论什么时间的序列。用德·布罗意的话来讲：

在时--空里，对于我们每一个人都构成了过去、现在和将来的每一件事物都是一个整体……可以说，每一个观察者当他的时间过去时会发现一段新的时--空对于他来讲好象是物质世界的后继方面，虽然在实在中，构成时--空的全体的存在先于他对它们的认识。

这就是相对论物理学中时--空的全部意义。空间与时间完全是等价的，它们统一在四维连续统中，其中的粒子相互作用可以向任何方面伸展。场论中的时空图与东方神秘主义者对于时--空的经验很相似。下面就是高宾达喇嘛关于佛教沉思的一段话：
如果我们谈到在沉思中的空间经验，那么我们就是在对付完全不同的领域。……在这种空间的经验中、时间的序列转化为同时的共存，是事物的并列存在。……
这并不是静止的，而是一种活动的连续统，其中时间和空间结合成为一个整体。

虽然物理学家使用他们的数学表达方式和图来描述在四维时一空中作为整体的相互作用。但是他们认为在实际世界里，每个观察者所能体验到的现象只能是时间性相继的序列。但是神秘主义者坚持认为，他们实际上能够体验到时--空的完整间隔，这时不再有时间的方向性。有许多神秘主义大师强调，思想必须在时间里发生，但是视觉可以超越它。高宾达就说过"视觉是与更高维的空间有关的，因而是没有时间性的。"在相对论的时空里，所有的事件是相互联系的，但这种联系并不是因果关系。粒子的反应只有在以一个确定的方向理解时空图时，才能用原因和结果的术语来进行解释。

同样，东方神秘主义者认为他们在超越时间的同时也超越了因果的世界。因果性局限于关于世界的某种经验，当这种经验深化时，也要将其抛弃。用喜辨（Svami
Vivekananda）的话来讲：
时间、空间和因果关系就和玻璃一样，透过它们可以看到绝对……，在这种绝对里既没有时间、空间也没有因果性。

东方的宗教传统表明，他们遵循各种方法超越了关于时间的普通体验，使自己从因果链中解放出来，用印度教徒与佛教徒的说法，也就是从业的束缚下解放出来。因此可以说东方神秘主义是从时间中解放出来。对于相对论物理学来讲也可以说是这样。