因果律—时间箭头

张操

时间是客观的和单向的,这是科学的基础,也是科学上的大是大非问题。
因果律是在非常大量的实验基础上是建立起来的一条公理。 因果律代表了宇宙万物运动的先后顺序(单向性)—时间箭头。
这里,我用一个简单的例子加以说明。在草原上有一只狮子看到了远处在奔跑的一只小鹿,于是开始奔跑(事件A),狮子追上了小鹿、把小鹿扑倒(事件B)。在事件A发生时,狮子与小鹿之间有一定的距离(空间间隔);而事件B发生在事件A之后,所以事件B是事件A的结果(前因后果)。事件A与事件B有一定的时间间隔。
注意,在上面的简单例子中,我们仅仅用文字说明了二个事件的客观性、顺序性和因果性,没有采用数字进行定量地表述。
至于如何定量地表述在事件A发生时狮子与小鹿之间的距离,这需要人为地规定标准尺。同样,如果要定量地表述事件A与事件B的时间间隔,需要人为地规定标准钟。 标准尺和标准钟是人们用来计量空间间隔和时间间隔的工具。
日期和各种时钟读数都是人为的、相对的。在应用物理学以及日常生活中,人们对于相对时间早就采取了多种定义。 原子钟的应用,只是提高了相对时间的精度,并没有改变的时间的客观性和单向性的事实。
物理学定理(方程式)的优点是可以定量地表述物质运动的某种特定形式的物理量以及互相的关系;缺点是不能明确地表述时间箭头。
有位著名的物理学家说:“方程式是永恒的”,可是我还要补充加上一句:“物理学定理是有条件的”。如果在某种条件下,某种物理学理论的计算结果违背了因果律,那么说明这个物理学理论在这种条件下不再适用。物理学理论不是万能的,也不存在万能的物理学理论。
因果律代表了时间箭头。如果因果律不成立,那么自然科学大厦将轰然倒塌——因为因果律是比相对论和量子力学的时间观念更为基础的科学基石。
由于很多物理学家不承认这个事实,这是造成现代理论物理前沿混乱的原因之一。有些物理学家认为时间是幻觉,虚时间比真实时间重要,这是对于科学的退步。所以对“时间”的科学含义的广泛讨论,对现代物理学的发展具有重要的现实意义。