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对麦考尔和巴拉索夫的回应

Summary

本文是对Yuri Balashov和Storrs McCall未发表的回应,该回应是在时间哲学协会的会议上递交的,该会议专门讨论克雷格博士的《时间与相对论的形而上学》(2001)。 克雷格博士回应了巴拉索夫和詹森以及麦考尔对狭义相对论方程式的新洛伦兹解释进行辩护的批评。

首先,我要感谢Storrs McCall和Yuri Balashov对我的书《时间与相对论的形而上学》(TMR)进行评论。很荣幸能在时间哲学协会的这次会议上递交本文。为了将他们的批评放在适当的上下文中,如果我们能退后一步,看看我在该书所涉及的更广泛的议题,会很有帮助。“时间与相对论的形而上学”是更广泛研究中的一部分,旨在确定时间是有时态的还是无时态的,也就是说,(借用麦克塔加特方便的术语)时间的A理论或B理论是否正确。B理论的主要论据之一是狭义相对论(SR)需要此理论。因此,需要对相对论中的时间概念进行研究。

现在,物理理论有两个组成部分:数学形式体系和对该形式体系的物理解释。SR有三种不同的物理解释,它们在经验上是等价的。在实证主义时代,这些差异被掩盖了,因为经验上等价的理论被认为只是同一理论的不同语言表达。但随着实证主义的崩溃,对SR的相互竞争的物理解释之间的差异再不能被忽视,因为它们需要完全不同的本体论。

让我回顾一下我在书中识别的三种不同的解释:

1. 相对论解释:这种解释假设了一个经典 3+1 物理对象本体论。它假设了相对于不同参考系的多个空间和时间。相对于这些不同的框架,测量杆会缩小,时钟会变慢。

2. 时空解释:这种解释假设了时空点的 4 维几何形状。这种解释的核心特征是时空中的光锥结构,而熟悉的参考系、光速等概念在这种解释中没有任何作用。对象是四维的整体,其各自的固有时间和长度因坐标系而异。

3. 洛伦兹解释:这种解释假设了一个具有特权时间和特权休息框架的 3+1 维本体论。长度收缩率和时间速率以通常的相对论方式膨胀,仅适用于相对于特权静止框架运动的系统。

保持这三种解释的不同至关重要,因为对一种解释的批评可能不适用于其他解释。我的论点是,只有当时空解释被证明是正确的解释时,SR才支持无时态时间理论。

考虑到这个更广泛的议题,让我们转向我对相对论解释的批评。巴拉索夫的批评提出了两个问题:(1)爱因斯坦是否坚持相对论解释,(2)相对论解释是最好的解释吗?

关于(1)巴拉索夫断言“时空的狭义相对论几何隐含在爱因斯坦1905年的理论中”。我怀疑这种说法更多的是希望将爱因斯坦留给今天的解释者所青睐的时空解释,让他成为我们中的一员,而不是一种正确的历史解释。巴拉索夫通过说爱因斯坦在他1905年的论文中采用了“减法”策略来证明他的论断,“通过剥离物体的许多经典属性”,如固有长度。事实上,他的确做到了; 但这绝不意味着拒绝3D物体的本体论,这种本体论会随着时间的流逝而持久。恰恰相反,正是使用参考系,每个参考系都有其独特的时间和空间,表明爱因斯坦正在考虑不同的时间和空间的多样性。在任何情况下,他都这么说,因为在接受了闵可夫斯基的时空解释之后,他写道:“将物理现实视为四维存在似乎更自然,而不是迄今为止三维存在的演变”(TMR第79页[我的强调])。他说,“在相对论中,如果我们愿意,我们仍然可以使用动态图景”,但相对论倾向于“静态图景,并将运动表示为存在于时空的事物中找到更方便、更客观的现实图景”(TMR第79页)。至于1905年论文中磁铁和导体的插图,爱因斯坦的实证主义清楚地表明,他会认为电流是由磁铁的力感应还是由电场感应的问题是没有意义的,因为电流仅仅是由于相对运动而产生的,因此关于其来源的问题没有客观意义。他从不怀疑的是,磁铁和导体是三维物体,尽管相对于参考系而言,它们会随着时间的推移而持续存在。最后,我对巴拉索夫的说法非常怀疑,即“爱因斯坦选择了原理理论,因为他相信他建立理论的两个假设将在他看到的即将到来的量子革命中幸存下来。“ 这种说法需要一些文字证据!我怀疑,在1905年,爱因斯坦对即将发生的事情几乎一无所知,更不用说他的两个假设会在尚未被发现的量子理论中幸存下来了。他放弃一个建设性理论的原因是他找不到理论,他一直在努力(正如他那段时间的信件所揭示的那样)。

至于问题(2),我惊讶地发现巴拉索夫为相对论解释的可靠性辩护,因为他一直是这种解释最尖锐的批评者之一,也是时空解释的拥护者。但请注意,如果他在捍卫相对论解释的可靠性方面是正确的,那么立即得出的结论是,SR不支持无时态时间理论,而是与A理论完全兼容。它只需要将时间的生成与参考系相对化。事实上,这正是斯托尔斯·麦考尔(Storrs McCall)采取的立场:“时间生一个成本身只有相对于坐标系才有意义......每个惯性框架定义了将世界划分为瞬间的不同方式,因此也定义了一种不同的、依赖于框架的生成。

但相对论解释是最好的解释吗?我对这种解释提出了两个反对意见:(1)它导致了现实的奇妙分裂,(2)它在解释上是有缺陷的。让我们依次简要地看一下每个反对意见。

关于(1),需要理解的是,在相对论解释中,即使我们只是在汽车中相互擦肩而过,我们也确实在不同的时间和空间中,并且在足够远的距离,对我来说是现在的和真实的事件,对你来说是未来的和不真实的。但是,如果我们达到相对静止,那么我们就会共享同样的现实。事物的突然出现和消失只是由于我们改变了我们的相对运动。

在这个问题上,尤里所说的全部内容是,如果我们采用“减法”策略,那么像长度这样的属性就不再是内在属性,而是关系属性。没错,但这并不能反驳这样的指控,即在相对论的3+1本体论上,我们有一个奇妙的现实碎片,这并没有影响闵可夫斯基的4-D解释。

无论爱因斯坦是否坚持,显然存在相对论解释这种理论,它在本体论上与4-D本体论不同。然而,麦考尔声称没有区别。他说:“选择3D或4D本体不应该是非此即彼,而是两者兼而有之。这些本体只是对同一现实的不同思考方式。它们是“转换等价的”。“3D/4D等价论认为,关于物体随时间移动和变化的3D世界的任何说法都可以转化为关于时空中4D物体和事件的陈述,相反,任何关于4D物体的说法都可以转化为关于3D物体的陈述。

我完全不同意。首先,关于可译性是本体论同一性之充分条件的说法,有一定的实证主义味道。相对论解释假设了无限的不同时间和空间;;时空解释假设了一个4-D时空。这些在本体论上不是一回事,即使它们是“转换等价的”。想象一下,上帝创造了一个完整的4-D总体,又连续创造了一个又一个的3-D切片。这些显然是不同的本体!其次,可译性论题失败了。这是我《时间的时态理论》一书的负担。在3D本体论中允许的主张,如“会议现在开始”,实际上不能翻译成时空解释所要求的无时态述语。

因此,相对论解释和时空解释明显是不同的,前者在某种程度上是奇妙的,而后者则不是。

关于(2)相对论解释的解释缺陷,需要理解的是,相对论解释假设了三维连续体,这些连续体毫无理由地仅由于相对运动而收缩或膨胀。换句话说,我們有仅由于相对运动而产生的绝对效应。这些在相对论解释中是无法解释的,与时空解释相反。巴拉索夫说,原则理论“通过表明现象是由假设所蕴含的”来解释现象。但这等于说该理论根本没有解释它们。如果你对一个理论中的假设有足够多,你可以推导出你想要的任何东西!SR允许我们推断现象,但它不能解释它们发生的原因。巴拉索夫为相对论解释辩护说,它很好,因为热力学同样“有缺陷”。但这个例子支持我的立场。因为经典热力学在解释熵增加第二定律方面存在缺陷。直到对热力学进行统计分析,第二定律才变得可以理解,因为无序状态趋向于平衡的概率更大。最初的理论在解释上肯定是有缺陷的,而统计方法代表了真正的进步。即使在今天,熵增加的方向问题仍然是热力学的解释缺陷,也是该领域争论最激烈的问题之一。人们不会只是挥挥手就驳回这个问题,说:“哦,好吧,热力学是一种原理理论,所以没有必要寻求单向熵增加的解释!” 此外,我惊讶地发现尤里将相对论的假设视为“基于丰富的经验证据”。相反,从经验上讲,不可能证明光的假设是合理的,因为我们无法测量光的单向速度。

因此,相对论解释是奇妙的,并且在解释上是有缺陷的。其实,尤里作为时空解释的拥护者,应该同意这一点!这是否意味着我们必须因此采用时空解释,即B理论家是正确的?不,因为我认为新洛伦兹解释甚至比时空解释更好。

因此,让我们转向洛伦兹解释的正当性问题。有趣的是,我的两位受访者都没有选择评论我认为是我书的核心和最激进的论点,即经典的时间概念是基于形而上学的,特别是神学基础,不受相对主义批评的影响,因为它基本上是基于验证主义的假设,这些假设几乎被普遍认为是站不住脚和过时的。特别是,我表明牛顿的绝对时间概念完全基于牛顿的有神论——顺便说一下,这就是为什么牛顿完全有理由假设比他的运动定律所要求的更多的时空结构。绝对时间的基础不是物理的,而是形而上学的,即上帝的永恒持续时间。我的论点是,如果上帝存在,并且时间的时态理论是正确的,那么上帝一定是有时限的,正如牛顿所相信的那样,因此必须存在特权同时性类别的事件,在这种情况下,洛伦兹解释一定是正确的。洛伦兹本人也认识到他的理论与有神论的联系。在1913年给爱因斯坦的一封信中,他写道:

一个“世界之灵”,不受特定地点的束缚,渗透到所考虑的整个系统中,或者这个系统存在于“谁身上”,并且能够立即“感受到”所有事件,自然会立即区分出U系统之一、U'等高于其他系统(TMR第177页)。

简而言之,我们采用哪种相对论解释将关键地取决于某些形而上学问题。对相对论的正确解释问题,不仅仅是一个物理问题,而是一个形而上学问题。

对于那些太胆怯而不敢在物理理论的背景下谈论上帝的人,我认为我的论点可以从它的有神论前提中解放出来。因为我也认为,还有其他形而上学和物理上的理由来选择洛伦兹而不是时空解释。这些在我的书《时间的无时态理论》中都有阐述。请注意,其中一个理由并不是洛伦兹解释在解释上优于时空解释。尤里将这一主张与我相当明确的主张混为一谈,即相对论解释与时空和新洛伦兹解释相比在解释上都是有缺陷的。我的论点是,没有充分的理由认为有时空这样的实体存在。相反,我认为这样的本体论容易受到我在书中列出的几个强有力反对意见的质疑。因此,问题是新洛伦兹解释对于潜在的有神论者或A理论家来说是否是一个合理的选择。换句话说,时空理论家负有举证的责任,以证明新洛伦兹理论面对如此强大的挫败方,不应被接受。

巴拉索夫声称我在本书第一章中对洛伦兹理论进展的分析过于简单化,这既重要又有趣。我在很大程度上依赖于Eli Zahar的分析。我的目的只是检验洛伦兹对其理论的修改是临时性的这一反对意见。巴拉索夫认为,一个适当的新洛伦兹理论必须假设所有的物质定律都是(或者更准确地说,似乎是)洛伦兹不变的。但令人惊讶的是,他认定洛伦兹在1899年就已经做出了这个假设,而且他有“一个很好的理由”这样做。这清楚地表明,洛伦兹后来的修改不是临时的——事实上,巴拉索夫称它们为“小事”——quod erat demostrandum。因此,这个问题虽然有趣,但并不是洛伦兹解释的挫败者。

但巴拉索夫认为附近潜伏着一个挫败者,即“没有阴谋”的反对意见。但巴拉索夫对这一反对意见的表述与传统反对意见大不相同。传统的反对意见是,大自然不会通过长度收缩和时钟延迟来合谋向我们隐瞒自然界中的基本不对称性。这一传统的反对意见部分地被这样一种认识所反驳,即只有关于基本框架的匀速运动被隐藏了。加速度和旋转并没有被隐藏,爱因斯坦在他的《通论》中试图将等效原理扩展到此类运动的尝试被认为是失败的。

但巴拉索夫的“无阴谋”反对意见并不是关于隐瞒不对称性。相反,洛伦兹不变性是所有管理空间和时间系统的定律偶然共享的属性。他声称,支配不同种类物质的定律都具有洛伦兹不变性,这是一个无法解释的巧合。

这种反对是基于误解。因为洛伦兹解释的特征是它拒绝洛伦兹不变性。正如约翰·贝尔(John Bell)在反思违反贝尔不等式时所说的:

我认为这是一个深刻的困境,解决它并非易事,;这将需要我们看待事物的方式发生重大变化。但我想说,最便宜的解决方案就像回到爱因斯坦之前的相对论,当时像洛伦兹和庞加莱这样的人认为有一个以太——一个首选的参考系——但是我们的测量仪器被运动扭曲了,以至于我们无法通过以太探测到运动。这当然是最便宜的解决方案。在现象表面上的洛伦兹不变性背后,还有更深层次的非洛伦兹不变性。在我看来,教科书中没有充分强调的是,洛伦兹和庞加莱、拉莫尔和菲茨杰拉德在爱因斯坦之前的立场是完全一致的,与相对论并不矛盾。有一个以太,并且发生了这些菲茨杰拉德收缩和拉莫尔膨胀,因此仪器无法检测到通过以太的运动——这是一个完全连贯的观点......我在这里想回到以太的想法,是因为在这些EPR实验中,有人认为在幕后,某些东西比光快。现在,如果所有的洛伦兹框架都是等价的,那也意味着事情可以在时间上倒流。[这]带来了很大问题,因果关系的悖论,等等。因此,正是为了避免这些,我想说在以太中定义了一个真正的因果序列,它(TMR第226-7页)。

按照这种观点,洛伦兹不变性只是表面上的,而不是真实的。

现在问题仍然存在:为什么所有的物质系统看起来都是洛伦兹不变的?但这个问题在当代新洛伦兹理论中得到了解决。例如,西蒙·普罗霍夫尼克(Simon J. Prokhovnik)的文章通过延迟效应来解释所有物质系统的表观洛伦兹不变性。如果他是對的,這就解釋了為什麼所有物质系統都受到相對於基本框架的運動的影響。还要注意的是,H.E.艾夫斯能够从能量和动量守恒定律以及辐射能传递定律中推导出洛伦兹变换。鉴于这些基本定律,洛伦兹变换将适用于受这些定律约束的任何物质系统。

最后,鉴于在绝对时间中有一个与上帝的“现在”相关的首选框架,我提出一个问题,“宇宙时间是否提供了上帝时间的合理衡量标准?我认为这确实是合理的。在书中,我讨论了尤里的所有三个反对意见:(1)宇宙时间是理想化模型的一个特征,它最多只能提供我们宇宙的近似值,这一事实证明了宇宙时间只是上帝时间的近似度量。(2)宇宙时间的偶然性只能证明它与上帝的时间偶然重合。(3)宇宙时间的存在并不依赖于时空的现实主义解释。

至于来自量子理论的证据,巴拉索夫低估了EPR实验对相对论解释的挑战。没有不假设同时性的首选超平面的合理解决方案。潮流已经逆转,证据现在开始实现洛伦兹的预测:“在我看来,将来这条目前确实被放弃的道路将再次获得良好的结果,即使只是因为它可以导致对新的实验结果的思考,这并非不可能”(TMR第234页)。

 

引用

时间的时态理论:批判性检验。综合图书馆 293.多德雷赫特:克鲁维尔学术出版社,2000年。

时间的时态理论:批判性检验。综合图书馆 294.多德雷赫特:克鲁维尔学术出版社,2000年。

时间和相对论的形而上学。哲学研究丛书84.多德雷赫特:克鲁维尔学术出版社,2001年。