三 时空观念
时空问题是科学的基本问题，因为科学讨论的事件都是在一定的时间和空间中发生的，如果时空问题不解决，那就意味着科学在讨论具体问题时，失去了其基本的参照体系。历史上重要的科学革命，很多都跟时空观的变革有关。学习科技史，不能不关注时空问题。要了解东方的科技文明，也应该关注中国人对时空问题的思考。
中国古人很早就对时空问题进行过深入的探索，这种探索具体体现在其对时空的定义、对时空性质的探究上。
要对时间和空间概念进行定义，是很困难的事情。即使是当代人，也拿不出让一般人都满意的时空定义。即使如此，从古到今，哲学家们一直持续不懈地试图对时空进行定义。就中国而言，古人对抽象意义上的时间和空间概念的探讨，早在先秦时期即已开始。先秦古籍《管子》中有一篇，篇名就叫“宙合”，这里的“宙合”，就是古人对时空作的命名。按照古人的理解，“古往今来曰宙，四方上下曰合”，显然，这种语境下的“宙”指的是抽象意义上的时间，而“合”则指抽象意义上的空间。这种性质的定义着眼的是时间的流逝性和空间的三维性。
在中国古籍中，《墨经》是一部富有科学价值的著作，该书把时间抽象称为“久”，定义说“久，弥异时也”，并对这一定义加以解释说：“久，古今旦暮。”由这一定义可以看出，墨家认为，各种具体时刻概念的总和，就构成了总的时间概念。由此，墨家的定义着眼点是具体的时刻概念与抽象的总的时间概念的关系。墨家也用同样的方法定义空间，他们把空间叫做“宇”，定义说“宇，弥异所也”，并解释说：“宇，东西家南北。”这种定义认为，抽象的空间概念是各种不同的具体空间场所或方位的总称，例如“东、西、家、南、北”就是具体的空间名称，它们的总称就叫“宇”，是抽象的空间概念。
《庄子》是一部富有文学色彩的哲学著作，它对时空的定义有很强的哲学意味。《庄子》是从存在的客观性角度出发对时空进行定义的，在其《庚桑楚》篇中，有这样一段话：
这里的“宇”指的是空间，“宙”指的是时间。《庄子》认为，空间是一种实实在在的客观存在，它可以容纳一切，但本身却无处安置；时间也是一种客观存在，它有长度，却无始终。《庄子》的这种做法，是把时空的无限性与其存在的客观性结合起来对时空进行定义。把时间和空间都作为一种客观存在进行探讨，这是一件很有意义的事情。
除了对抽象的时空概念进行定义之外，古人更将关注的目光投向了对时空性质的解说上。这里让我们先来看一下他们对时间性质有什么样的猜测。
古人对时间性质的解说，首先表现在他们对时间流逝的连续性的体悟上。早在春秋末年，孔子面对滔滔河水，就有这样的感悟：
“逝者”，指的就是时间。孔子把时间的流逝比喻成河水的奔涌向前，以之说明其连续性和不可逆性，十分贴切。
时间的流逝是连续的、不可逆的，同时又是客观的、均匀的，不受外在因素控制。正是由于意识到了这一点，古人产生了“惜时”观念，强调要抓紧时间，把应当做的事情做好。《淮南子·原道训》中有一段话，很形象地说明了这种“惜时”思想的缘起：
“时之反侧”，说的是时间的流逝；“间不容息”，说的是时间流逝的连续性；“时不与人游”，则说的是时间流逝的客观性，时间是不会与人做游戏的。显然，这种时间观念体现的是一种线性时间观念，认为时间呈线性延展，永远向前，一去不复返。正是因为认识到了这一点，人们才产生了惜时观念，因为时间一旦消逝，就永远找不回来。此即民间所谓之“一寸光阴一寸金，寸金难买寸光阴”的形象说法。“惜时”观念的存在，充分说明了古人的“科学”见解是如何影响到他们的社会意识的。
时间的流逝是客观的，但这并不影响人们对其主观感觉的不确定性。在《淮南子》的另一篇《说山训》中，作者用举例的方式，说明了人们对时间流逝快慢的主观感觉的不确定性：
这段话的意思是说，拘押在牢狱中的人，认为时间过得太慢了，即使一天的时间也很长；而被判处死刑的人，同样是拘押在牢狱之中，则认为时间过得太快，一天的时间转眼就过去了。一天的长短，本来是确定的，有人感觉它长，有人感觉它短，完全是由于他们的内心不平静的缘故。这段话把时间流逝的客观性与人们对其主观感觉的不确定性作了清晰的区分，既说明了自然时间的客观性，又为社会时间概念的多样性留下了空间。正是有了这样的区分，才为中国古人围绕时间话题展开的丰富多彩的想象提供了确切的保证。
既然时间是在流逝的，是有方向性的，那么，它从哪里来，有没有开始？又会流到哪里去，有没有终结？换句话说，时间究竟是有限的，还是无穷无尽的？
在时间有限与否的问题上，中国古代两方面观点都有，其中占主导地位的是无限时间观念。这是由于，无限时间观念符合人们的思维逻辑。在古代知识背景下，如果说时间是无限的，那就意味着时间既没有起点，也没有终点。这种观念的出现，是逻辑思维的必然结果。从逻辑推理的角度来看，如果说时间有起点，那么就必然存在着起点前，而起点前本身又意味着时间的存在。所以，该起点必然不是时间真正的起点。依此类推，时间是没有起点的。按照同样的逻辑，它也没有终点，是无始无终的。《庄子·齐物论》用一段非常有意思的话，揭示了这样的道理：
刘文英先生对这段话有很贴切的解读，他指出，这段话的意思是说：“如果说宇宙有个‘开始’，那在这个开始之前，一定还有一个没有开始的‘开始’；在这个‘没有开始的开始’之前，一定还有一个‘没有开始的没有开始的开始’。依此可以这样无限地推论下去。”43所以，从逻辑推理的角度来看，必须承认时间没有起点，是无限的。
但是，古代确实也有主张时间有限观念的，而且这种主张也有其自身的逻辑。例如，西汉的《淮南子》一书中就有“虚廓生宇宙”的说法，西汉的扬雄亦主张“阖天谓之宇，辟宇谓之宙”。这里的“宇”是指空间，“宙”是指“时间”，“虚廓”是指在天地产生之前的混沌状态。按照《淮南子》和扬雄的说法，时间是从混沌状态中产生的，它是有起点的，时间和空间的产生，标志着混沌状态的结束。在这种说法的背后，隐藏着古人对时间本质的深刻认识。我们知道，时间概念的产生，是人们对时间有所体会的结果。而时间与物质的运动分不开，时间的流逝只有通过物质的运动才能反映出来，才能为人们所感知。在混沌状态下，物质缺乏有序运动，时间的流逝也就无从反映。扬雄等的主张，隐含的应该就是这种认识。东汉的黄宪则在其《天文》中，明确地指出了这一点，他说：“不睹日月之光，不测躔度之流，不察四时之成，是无日月也，无躔度也，无四时也。”对时间与物质运动的这种关系，古罗马哲学家卢克莱修（Lucretius）也讲得很清楚，他说：
通过比较这些引文可以看出，在对时间本性问题的认识上，中西方先贤可谓“英雄所见略同”。
相比对时间无限性的探讨，中国古人对空间无限性的探讨，内容更为丰富。早在先秦时期，人们对空间的无限性就有所认识。例如，《管子·宙合》即说：
所谓“宙合”，即指空间。空间的范围是“大之无外”的。“大之无外”，这是古人对空间无限性所作的扼要描述，非常形象。
先秦典籍《墨经》则用数学语言对空间的无限性作了规定：
“或”为“域”本字。尺，古人测长之器或单位。《经》的意思是说，如果一个区域有边界，在边界处连一个单位长度都容不下，那么它就是有限的。如果一个区域是无界的，无论向何方前进，用尺子去量总也不到尽头，它就是无穷大的，即是无限的。用数学语言对无穷空间作出的这种规定，非常严谨，它表明了古人对空间无限性思考的深入。
到了汉朝，佛教传入中国，对中国传统的宇宙无限观念产生了相当大的影响。在中国传统的宇宙无限观念中，无穷是唯一的，不存在结构上的多样性。而佛教则主张“天外有天”说，认为在我们处身于其中的这个宇宙之外，还有无穷多个类似的宇宙，那些宇宙多得数不胜数，就像恒河里的沙粒一样多。那些宇宙每一个也都有其生成和毁灭的过程，其生成和毁灭的次数也同样无穷。《隋书·经籍志》对佛教关于宇宙无限性的这种主张有细致的描写：
佛教关于宇宙无限性的思考，符合人们的思维逻辑，确实，我们有什么理由怀疑在我们生存的这个天地之外，有别的天地存在呢？正因为这样，这种“天外有天”之说在中国产生了巨大影响，时至今日，作为这种学说的语言化石，“天外有天”一词仍然在现代的汉语体系中被应用着。
但是，“天外有天”之论，毕竟是想象的产物，不可能有观测依据，再加上佛教徒后来把这个学说庸俗化了，把“天外天”的数目定量化了，提出了所谓“三千日月、万二千天下”等说法，从而引起了一些学者的批判。这些学者批判的要点表现在几个方面，一是针对“天外有天”说的立论方法，指出该学说纯系想象，是思辨的产物，没有依据。这种批判，未免有些责之过切，因为在古代知识背景下，要讨论宇宙是否有限，是不可能用实证方法的。但无论如何，这种批判所表现出来的追求实证的精神，是值得肯定的。
另一方面，古人则从无限概念的含义出发对佛教的“天外天”说进行质疑。元代的史伯璿就曾在其《管窥外编》中指出，佛教徒所言，看上去恢宏阔大，其实他们并不懂得无限的含义，他说：
这是说，无限是唯一的。在此天地之外的“空虚”无穷无尽，没有终极，是无外的。既然无外，也就不可能在其外还存在有“恒河沙数世界”。更何况佛教徒连现存世界都认识不清，它所宣扬的“六合外事，又岂有可信者哉”！
宇宙有限与否，现代人认识也不一致，在古代知识背景下，当然更不可能对此问题得出一个一致的结论。在这种情况下，重温古人的争论，我们从中体会到的，是他们对真理的追求。他们的认真态度，是永远值得我们学习的。
中国古人对空间性质的探讨，还表现在他们对空间取向性的重视上。古人认为大地是平的，其大小是有限的，在这样一块平坦的大地上，它的东西南北方位就有了绝对的意义。古人用五行学说来表示空间方位在性质上的差异。在东西南北中五个方位中，东属木，南属火，西属金，北属水，而中央则属土。另外，既然大地是平的，那么上下方向也就有了绝对的意义，在与地面垂直的方向上，背离地面，就是向上，反之则向下。上和下的差别是绝对的，这种绝对性甚至可以延伸到人类社会，就像人类社会中尊卑不能易位一样。
中国人对空间取向的认识，与欧洲人完全不同。在欧洲，从古希腊时期起，就有了地球观念，在地球观念影响下，他们的上下观念以指向地心为下，背离地心为上。这样，向上和向下是相对的。这种相对的上下观念与中国绝对的上下观念截然不同，正因为这样，中国古代会发展出“水平”这个词，认为水面是平的，可以以之判断高下。而欧洲古人则认为水是地的一部分，水面是地球表面的一部分，是弯曲的。由于东西方两种文化蕴含着不同的上下观念，当西方的地球说传入中国后，就受到了许多中国人的反对，反对的理由之一是：
西方人以地球球心为下，以背离球面为上，这样，人在地球上无论立于何处，都是头上脚下，不会发生倾坠之事。在西方人看来很自然的一件事，到了中国，就无论如何也不能被人们接受。从中我们可以看到方向观念所起的作用。要使中国人接受西方的相对的上下观念，必须等到牛顿的万有引力思想传入中国之后才行。
中国古代时空观念中另外值得一提的是古人对时空关系的猜测。在古人对时空关系的诸多猜测中，常见的是他们把时间与空间联系在一起的一些说法，认为时间在空间中流逝，空间存在于时间之中。例如《庄子·则阳》篇即曾提到“除日无岁，无内无外”，认为没有时间的累积，连空间的内外都无从区分。古籍当中有常见的四时配四方之论，认为春属东、夏属南、秋属西、冬属北，时间不同，所对应的空间方位也有差异。明末学者方以智对时空的这种关系有过精彩论述：
方以智认为时间的流逝是在空间中进行的，空间中有时间，时间中有空间，二者浑然一体。这种论述，强调的是时空的相关性，这与牛顿所主张的时空互不相关、各自独立的绝对时空观相比，着眼点显然不同。这种时空相关观点的出现，是中国古代重视万物相互联系、相互作用的有机论自然观的自然体现。
更令人诧异的是，古人还认为时间流逝的快慢随观察者所经历的空间场合的变化而变化。他们是在文学作品中用富于想象的方式来表现自己的这一思想的。古人把想象中人们可能处于的场景分成三类：一类是梦境，在梦境之中，时间流逝最快，古代所谓黄粱梦、南柯梦的传说，是对此种情形下时间流逝速度加快这一观点所作的形象注解。另一类是人世间，在人世间，时间流逝速度就是人们日常所感知到的那种速度。第三类是仙境，在仙境情形下，时间流逝速度远远慢于人间社会。对此，古人有大量的文学作品进行叙写，诸如“烂柯山”的传说、《西游记》中“天上一日，地上一年”的说法、民谣里“洞中方一日，世上已千年”的俗语等等，无不昭示着这样的思想。这种描写，给人的感觉是文学虚构，是虚幻的，不能作为科学意义上的时间观念。但无论如何，此类文学作品的广泛存在，证明古人确实在思考此类问题，并以文学作品的方式，对之作出了自己独特的解答。
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