我们在接下来的一章探讨时间的流逝时还将回到相对论，也将再次论及同时相对性的含义。此刻，让我们把注意力放在时空本身。我们已经抛弃了牛顿的绝对空间和时间，爱因斯坦和闵可夫斯基的时空又如何呢？物理学家们并不特别关心这个问题，因为他们解释和预测现象的模型成功与否并不依赖于上述问题的解答。不过，有些物理学家和很多哲学家已经努力试图给出答案。正如我们所见，相对论把时空作为某种具有独特性质的四维域，可以依照观察者的参照系分解为不同的空间和时间构成。但倘若它的确是个域，这个域又是由什么组成的呢？这个问题的答案非常抽象。一名古典实在论者提出，时空是由瞬间时空点组成的；还有类似的解释认为时空是由时空点组成的，但其中也包含了作为其属性之一部分的点与点之间的测量关系。（后一种说法试图采用更简单的模式，为了便于解释和预测，该简化模式将时空中点的实际分布看作固定不变。）

用时空取代牛顿绝对空间和时间的方法并不能让莱布尼茨满意。他或许会问，提出实时空的概念，是否意味着整个物质宇宙也有可能完全颠倒呢？对于这个问题，或我们究竟是居住在这个宇宙里抑或是居住在它的镜像里，其结果既无法观测，也没有什么实用价值。但是，任何对时空持实在论观点的人都不能不认真对待此类可能性。莱布尼茨可能会从神学立场反对这种可能性（说上帝没有理由选择这种安排或那种安排）；你也可以站在科学的角度指出，既主张有两种不同的物理学可能性（即此宇宙或其镜像）却又无法观测到差异，显然是缺乏说服力的。若把此类允许不确定性存在的科学假设视作令人满意的物理学理论，往往会遭到科学哲学家的质疑。

此外，回想一下，亚里士多德曾指出，任何事物都不可能由无限小的点构成。欧几里得点没有长度，没有长度的点无法叠加成长度非零的东西。由点构成这种说法允许我们在两点之间给出无数个有限空间段，于是便再次回到了芝诺的“二分法”和“阿基里斯与乌龟”悖论。以上原因似乎足以让我们排除时空是由点组成的观点。如果点的集合无法叠加成任何东西，时空怎么可能是由点组成的呢？但如果构成时空的片段不是如点那样单纯的数理虚拟物，那又会是什么呢？

鉴于这些问题，用砖块构成砖墙那样的类比去想象时空的构成似乎是没什么意义的。巴里·丹顿提出了这样一种设想，“或许并非所有的真实物质都可以如宏观物料那样被分解”。换言之，如果你想把时空当作实体，也许就得把它设想成一种不同于房子——甚至是氢原子——那样可以分成若干部分的东西。这种可能性合理吗？如果某事物是个实体，难道不是一定要有部分吗，哪怕仅仅是从理论上而言？抑或，这种限定只适用于时空中的事物，而不适用于时空本身？

就时空的真实性而言，或许最根本的问题乃是：揭示事实是否是关键所在。我们已经看到，典型的相对论解释将时空作为一个自存的实体。科学实在论（scientific realism）主张，成功的科学理论亦有严谨的字面含义：其描述的实体——无论是可见的（比如彗星或三趾树懒）还是不可见的（比如电子或时空）——都是真实存在的。

另一种观点则认为，基础物理学观点只是创造了一种模型，这种模型的本质是实用主义，其目的仅仅是帮助我们在掌握它的情况下（也只有在掌握它的情况下）进行系统观察和预测。这种不同于科学实在论的主张叫作科学工具论（scientific instrumentalism）。你可能会以为科学家们通常都是科学实在论者，但其实不然。物理学家N.戴维·默敏（N.David Mermin）在近期的一篇文章中就表达了工具论者的立场：

我们经验的原材料是事件。而事件，与我们的经历直接相关，便不可避免地带有经典色彩。空间、时间和时空不是我们所生活的这个世界的属性，而是我们创造出来帮助我们组织经典事件的概念。维度、区间、曲率或测地线等概念也非我们这个世界的属性，而是我们创造出来以便组织事件的抽象的几何元素。

我们是否能把物理学家对时空本质的认识同我们关于真实性的讨论联系起来呢？这取决于我们是否认为真实性属于物理学的研究范畴。正确的答案可能非常微妙，且有可能需要对物理理论略做一番解释。斯蒂芬·霍金（Stephen Hawking）在《时间简史》（A Brief History of Time）中对科学理论做出了如下诠释：

（一个）理论就是一个宇宙模型，或者模型的一小部分，以及我们为了观测起见而在此模型中设立的一系列相互关联的法则。它只存在于我们的头脑中，除此之外不具有任何真实性（不管是什么）。只有满足了以下两点，一个理论才能称为好理论：它必须能以一个仅有少数任意元素的模型为基础对大量观察现象给出准确描述；它也必须能对未来的观测结果做出确定的预测。

肖恩·卡罗尔（Sean Carroll）在2010年关于时间物理学的新书《从永恒到此处》（From Eternity to Here）中对上述观点表达了赞同，并将这一含义用在了时间概念上：

你或许会觉得惊讶，物理学家们并不太热衷于判断哪个概念是“真实的”，哪个不是。他们非常关心真实世界是如何运转的，但对他们而言，这意味着构建理论模型并将模型与经验数据进行对比。每个模型中的各个概念属性（比如“过去”、“未来”和“时间”）并不重要，重要的是整体结构。事实上，往往会出现这样的情况：某个特定模型可以用两种截然不同的方式表达，而每种方式都分别采用一套完全不同的概念。

默敏、霍金和卡罗尔的话各自从工具论者的角度提供了对时空的科学解读。然而，值得注意的是，他们都没有说仅凭主观就能构建出合理的科学理论。卡罗尔更是言之凿凿地提到了“真实世界”。即便在工具论者看来，真实性对于科学研究也绝非无关紧要。有了可以从科学角度描述的客观真实性的理念，我们便可以奇迹般地用理论成功预测物理世界。虽然我们只能通过观测和推理大致去窥探真实性，但真实性却决定了我们对这种或那种理论的选择。科学工具论者只是认为，我们对真实性的陈述不可避免地受到了感知能力和思考方法的影响。与此同时，在描述世界方面，理论与理论之间依旧有好次之分，有些理论更真实、更客观，能更好地解释我们所见到的情形，或更准确地预言未来的观测结果。

这一点在相对论描述的非量子世界里得到了极好的证明。相对论的标准阐释将时空看作事件的真实矩阵。就此，我们或许可以说，时空的真实性是个很好的假设，因为它吻合我们的观察结果。那么，我们可以更进一步得出时空是真实的这样一个结论吗？对于这个问题的最终答案，无论我们的知识取得了怎样的进展，都仍需保持谨慎的期待。

还有个问题我们可以做进一步深入研究，即时间的流逝（在很多人看来，这个附带话题甚至更有争议性）。别忘了，在时间实在论者牛顿眼中，“均匀、稳定地流淌”正是时间的必要的、决定性的属性。时间运动的观点在后牛顿时代的哲学领域里倍受关注，而时间的流逝正是这个问题中与我们日常生活关系最密切的一面，也是时间本质研究和时间体验研究的交汇点。

本章引用作品

Alexander，H.G.，ed.The Leibniz-Clarke Correspondence（Manchester，UK：Manchester University Press，1956）.

Carroll，Sean.From Eternity to Here（Oxford，UK：Dutton，2010）.(www.daowen.com)

Einstein，Albert.Relativity：The Special and the General Theory（London：Routledge，2001）.

Hawking，Stephen.A BriefHistory of Time（New York：Bantam，1988）.

Mermin，N.David.“What's Bad about This Habit，”Physics Today 62，2009，8-9.

Minkowski，Hermann.Address to the 80th Assembly of German Natural Scientists and Physicians，September 21，1908.

Newton，Issac.Principia Mathematica（1687）.

与本章论题相关的其他作品

Callender，Craig.“Is Time an Illusion？”Scientific American，June 2010，59-65.

Chakravartty，Anjan.“Scientific Realism，”The Stanford Encyclopedia of Philosophy，ed.by Edward N.Zalta，http://plato.stanford.edu/entries/scientific-realism/.

Dainton，Barry.Time and Space（Montreal：McGill-Queen's University Press，2002）.

Epstein，Lewis Carroll.Relativity Visualized（San Francisco：Insight Press，1985）.

Huggett，Nick，and Carl Hoefer.“Absolute and Relational Theories of Space and Motion，”The Stanford Encyclopedia of Philosophy，ed.by Edward N.Zalta，http://plato.stanford.edu/entries/spacetime-theories/.

【注释】

[1]注意，如果用虽不规则但与其度量的运动同步的设备测量，则任何运动都可以视为规则的。例如，如果你用一只每天都慢一秒的时钟去测量地球自转周期，就无从得知地球的自转每天都会增加一秒。

[2]这里指的是匀速，而非加速，因此并不能直接应用于圆周运动（圆周运动是加速运动），比如牛顿的水桶效应。牛顿未能意识到，相对于外界，桶中的水在旋转；有人提出，这种相对运动可以解释类似情况下的离心力。倘若如此，那么转动的结果就并没有如牛顿希望的那样证明绝对运动。

[3]关于该结论为何看上去如此反常，这里有个简单的解释。我们在此讨论的这类相对效应只有在极高的相对速度下和/或使用极灵敏的仪器时才能被观测到。在日常环境中，这些效应既不明显也与我们没有密切关系，因此我们不能指望我们的感知或认识能力去适应一个不能忽视此类效应的世界。结果，当我们试图通过想象或理智去处理相对性时，自然会觉得反常。然而，相对性已经一次又一次地得到了实验证实。

[4]此处不存在“修正”惯性系，因此，尽管闵可夫斯基在描述时空时采用了“绝对过去”和“绝对未来”的通常表述方式，但其并非牛顿所言的绝对过去或绝对未来。在这里，这些术语只意味着，任意观察者都会同意：某些事件对于牛顿而言属于过去，某些事件属于未来。