时间和空间的度量

物理学关于空间和时间的概念和度量方式本质上和人类日常生活中的概念和度量是一致的，只是在不同领域其度量工具和精度要求各有不同。因此物理学关于时空观念的研究和发展，往往会引起各方人士的兴趣和困惑并且会反过来推动工程技术的进一步发展。

与空间的情况不同，大自然似乎给予人类一个可直接感受并易于观测的标准的系统时间。那就是地球和月球运动的各种位置变化，使人们经受到昼夜 （日）、月、季节和年的体验并形成了概念。在人们的有限生命中，它们似乎是周而复始地，永恒不变地重复不断。因而，人们往往就把时间和某种特定的周期过程联系起来。并且似乎是与空间概念和度量方式及度量过程毫无关系的。

但正如我们已指出的，时间的本质是变化，特别是简单的位置变化。而这类变化的本身就是距离或角度的测量，因此时间的度量本质上仍是空间的度量 （例如，地球上，不同地区的时差，就是用经度的角度准确标示的）。而度量本身就把时间和空间有机地联系起来。于是时间和空间的不同联系方式就构成了不同的物理学结构。这些结构在一定程度上，能以直接和简单的方式近似地表述特定物质的运动或演化过程。

在日常生活中，对于发生的任何事件都自然地指出所发生的时间和地点。而从物理学的角度来考虑时空的实质，就是要用一组数字来标示每一个物理事件所发生的准确的地址和时刻，这就使得我们能够将所研究的具体事件及其发展和演化过程从自然界中大量的混乱现象中，识别出来。当然，这种识别并未对事物的本质提供任何新的揭示，仅仅是给同一事物的另一个名称。有如老子所言：“此两者同出而异名，同谓之玄。”

生活在地球表面的人类面临的基本问题之一，就是找路。特别是战争中的撤退或追击，需要辨别方向和估计路程，于是产生了罗盘和大地测量。如中国古代黄帝发明了指南车。古埃及的尼罗河泛滥，使人民创造了面积测量方法，于是创立了欧几里得几何学；在古代中国亦有勾股弦定理。

时间的测量，无疑都起源于昼夜，月相的变化和四季等有规律的交替。这些现象受到人们的注意从而把人们的注意引向了天空和星体。人们通过几何学的知识，把地面测量技术推广向天空。从几何角度来看就是把二维的空间距离和面积测量推广到三维的空间距离和体积的测量。于是宇宙学由此形成，把几何学的原理用于天体，我们就可确定天体的距离和轨道。地面上的人们是通过星光来观测天体，于是不同距离的天体给予人们星光的时刻，就与光的传播方式密切相关——光的轨迹是 “直线”吗？光的传播速度有多大？它在传播过程中是变化的吗？它的基本特征在传播过程中会如何变化？这样就产生了不同的假定和寻求与之相应的检验方法。于是不同的几何学和物理学的结构就在不同假设的基础上建立起来。而理论的正确与否就由其所预言和计算的结果与实际观测的符合程度来加以判别。

由此可见，人们的任何一个正确认识大概有这样一个建立和发展过程：首先是对大自然的可观测信息的发现，如我们周围的不同客体；然后是寻求一种观测和准确标定这种信息的方法 （包括仪器的发明和制造及度量方式）；当得到这些信息后，就试图去寻找这些观测在精确数量上的结果间的内在关系。

所有这些，并不是对事物本质的揭示，而仅仅是按事物的某些局部特征进行分类、命名再通过比较和度量而给出精确的数量关系。正如道德经中所指出 （常无与常有）此两者，同出而异名，同谓之玄，玄之又玄，众妙之门。就是说，人们认识事物，仅仅是根据事物的特征将其分类、命名，这种做法并没有对事物的本质有任何揭示，对我们来说同样是 “玄”（未知）的。但在已分类或命名的基础上，进一步去寻找差异 （即否定之否定），则是认识各种奥妙的方法。