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四维时空到底是什么？

作者介绍了我们偶尔会感到的*大困惑，如：时间会继续吗？宇宙之外还有空间吗？

这是相当有趣的一本书，不但解释了空间和时间的关系，而且把时间与空间的关系从科学的高度提升到哲学的高度来进行阐述，领会其中的深意，则会对你的思维方式有所帮助。

2018年新版的全新设计了版式和封面，简约个性，提升了阅读体验，让科普给你更多想象。

随书附赠价值39.6元由汪洁、吴京平掰开揉碎,带你懂科学好书的《经典科普解读课》6折券。

内容简介

时间与空间观念是我们生活的基本常识，也是我们经历的*大困惑，如：时间旅行可能吗？空间存在第四维吗？本书作者从科学、历史和文学中找来大量的实例，让我们深切地感受到传统的时空观念中所存在的问题，并引发我们对此进行深入的思考。

作者简介

R.L.普瓦德万（Robin Le Poidevin），英国利兹大学哲学教授，指导利兹大学的本科生和研究生，他善于以睿智的语言解答众多的疑惑。

译者介绍：

胡凯衡，邹若竹

精彩书评

豆瓣读者

这是我读过的*有意思的一则关于世界尽头的猜想。

目录

前言

致谢

第一章 时间的测量

格林威治的意外事件

度量、约定和事实

时间和自然律

第二章 变化

作为变化的时间

没有变化发生的时间？

皆事有因

第三章 没边的盒子？

两个世界相遇的地方

亚里士多德反对虚空

罐、泵和气压计

真空的教训

多余的空间

两个世界相遇的地方

亚里士多德反对虚空

罐、泵和气压计

真空的教训

多余的空间

寻找运动

第四章 曲线和维数

被取代的欧几里得几何

可以感知的空间

一只手

高于三维？

第五章 时间的开端和结尾

创世的回音，末日的征兆

充足理由律的局限

过去可能是无限的吗？

大循环

第六章 空间的边缘

站在边缘的阿基塔

宇宙之外还有空间吗？

无限的错觉

第七章 无穷和悖论

芝诺：乌龟如何打败了阿基里斯

对芝诺的两个回应：无穷小量和有限论

汤姆逊的灯

跃变的难题

德谟克利特的锥

空间和时间的原子

第八章 时间会流逝吗？

流逝之谜

麦克塔格特对时间非实在的证明

个回应：现在主义

第二个回应：B-理论

为什么只有一个现在？

第九章 像放电影的宇宙

迈布里奇的马和芝诺的箭

瞬间没有运动？

现在没有运动？

芝诺和现在主义者

第十章 干预历史

失去的日子

可改变的过去

时间旅行者的两难困境

颠倒的因果关系

第十一章 我们之外的时间和空间

概率和多元宇宙

分支的空间

反驳和结果

第十二章 时间箭头

隐藏的路标

三个箭头，事物为什么会解体

意识的过去

时间的种子

平行的原因

时间顺序只是局部的吗？

原因可以和它们的结果同时吗？

无方向的宇宙中方向的意义

综述

邓恩的梦和其他一些问题

进一步的读物

参考文献

索引

译后记

精彩书摘

第10章 干预历史（部分）

不用害怕过去。如果人们告诉你，它是不能改变的，不要相信他们。
——王尔德（ Oscar Wilde），《狱中书》
失去的日子
《绅士杂志》是一本综合了新闻、书评、菜谱、忠告和诗歌的有趣的月刊。1752年9月的那一期刊登了一封很不寻常的信。信的作者讲述了他刚刚经历的一件令人不安的事情：
昨晚我上床睡觉前是 9月2号星期三。而今天早上我头一个看见的就是你们报纸的刊头。上面的日期是 9月14日星期四。
然后作者解释，直到这件事提醒了他，他才意识到前不久议会最终同意在西印度群岛把老的儒略历换成新的格里历。这个改变需要跳过11天，所以，1752年9月3号到9月13号就没有存在过。通信者继续说明这产生了一些有趣的后果：
我过去常常取笑我认识的一个人，说他每三年才过一次生日，因为他的生日是 2月29日：某个晚上他跟我打了一个胸有成竹的赌，说我肯定会在某一年失去一个生日以惩罚我对他的嘲笑。他和我打赌时他喝醉了。但我丝毫没有想到我会活着看到它应验。先生们，我正是出生在 9月 13号。接着语气变得很苦恼（虽然是在半开玩笑）：
但是我必须向你坦白很重要的一件事。先生，这五个星期以来我一直向最可爱的她哀求做一次爱。她很长时间好像只是在嘲笑我，虽然我的财产也就是她的财产。最后，先生，她定下了 9月10号那一天，并且为这件事给了我1万英镑的保证金。我已经咨询过我的律师。他现在正和我共进早餐：他说不可能放在下一年，因为已经是定在了1752年的这天。所以，我的 1万英镑现在也值不上10个便士。先生，一个很好的事例， Mackmaticians（原文如此）和制定历书的人一起使得一个男人被他的妻子欺骗了，在他拥有她之前：真是一种新式的离婚。
另一封信，是写给约翰逊（Samuel Johnson）的期刊《随笔》（1751年3月26日）的，作者看见了日历的改变带来的可能发生的趣事：
我认为新的日历是一件令人高兴的事情；因为我的妈妈说当我16岁的时候我就可以去宫廷了，并且如果他们能经常设法一下子就跳过11天，那么还差的 11个月也就会很快结束。奇怪的是，在对付时间的种种阴谋诡计中，以前他们怎么就没想到用议会的法案来去掉它呢。亲爱的先生，如果你可以投票或者有兴趣，让他们一次就减去 11个月吧，那么我就和某些已婚的夫人一样大 ……确实没有什么东西像混乱的一年时间一样使我感到高兴，那时我就不用这个小时固定要写字，下一个小时固定要做针线活，或者这一天在家里等着舞蹈教师，下一天又要等音乐教师；而是玩遍所有的球类运动，敲遍所有的鼓；不用做什么，不用解释什么，只是尽情地玩，出门也不用说去什么地方，回家也不用考虑有规定时间或者家里的规矩。
我是，先生您卑贱的仆人普罗普安蒂亚不是每个人都能用这么轻松的心情来对待这种变化。欧洲的其他一些国家根据格利高里（Pope Gregory，新日历正是以他的名字命名的）的推荐，比这早170年就采用了新日历。要不是坎特伯雷（Canterbury）大主教反对的话（他竭力抵制天主教徒的所有影响），在伊丽莎白女王的支持下英格兰也会在同一时间使用新日历。当新日历最后被采用时，就像1582年曾在法兰克福发生过的一样，伦敦和布 里斯托尔（英国西部的港口）发生了骚乱。其他地方的示威要温和些。
一些人在这些剧变中确实丢了生命。这些示威者好像有一种共同的感受，感到发生了一些根本的、不受欢迎的变化。它不仅是某一日子的名字从9月3日变成了9月14日，而是有11天被去掉了。现在会是在错误的时间庆祝圣徒节吗？人们被公然骗去了工资吗？他们的生命缩短了吗？不管它是只对一个惯常的日期系统的一种修正，还是对历史（的确也是对时间本身）的一种真实干预，对于这种改变实际上等于什么，确实有着越来越多的困惑。如果我们倾向于认为这些事件只是局限于一个头脑简单的年代，那么我们应该记得就在最近的20世纪下半叶，美国中西部的一群农民反对采用夏令时，因为他们认为多了一个小时的日照时间会把草晒死。
当然，我们不能通过改变日历或者时钟来影响时间。但我们能通过其他方法来干预它吗？

可改变的过去
人们会简单地反驳说我们不能对已经发生的东西施加任何影响，也就是说影响过去就会改变它，而改变过去就会陷入一个逻辑上的矛盾。举个例子，比如说昨晚我在轮盘赌中下了一笔昏了头的大赌注，结果（当然）输了。我自然感到后悔，一心想取消这件事情，想让它从来没有发生过。我懊悔得有点精神失常了，相信自己确实能够撤销昨晚的事，并且开始念着相关的咒语。我有成功的希望吗？假设我成功使得昨晚我没有参加赌博。既然我撤销这件事情的原因是我下了注并且输了，那么显然可以推出昨晚我在轮盘赌中既输了一大笔钱又没
有输。这明显是个矛盾，所以可以推出我不能改变过去。不过，如果我不能改变过去，那我也不能影响它。因为如果影响某件事情不是指改变它的话，它又是指什么呢？我影响了我坐着的垫子，使它向下陷。茶壶影响了厨房里的空气，使得它稍微湿润些。房子外面的落叶堵塞了排水沟而影响了房子的状态，使得排水沟里的水下雨时溢出来，弄湿了墙。影响好像就是改变。我不能改变过去。所以我也不能影响过去，不然就会有矛盾。
对于这个论证还是有些担心。如果我们对将来提这个问题，从表面上看我们能，结论也不会使人更满意多少，因为我们能否改变将来就意味着已经给将来定好了一条要走的路。否则的话，可以说将来没有什么东西可改变的。比如说，我明天要乘坐10 : 05从史其普顿到卡莱尔的列车。这件事对现在来说是真的，但在最后那一刻我决定不去了。那么，我改变了将来吗？如果是，那么现在的情况就是我将乘坐又不会乘坐这趟列车。我不能说“现在来说我将乘坐这趟列车是真的，但明天早晨它将不是真的”来避免矛盾。因为如果明天我不坐这趟列车是将来的事实，我将在最后一刻决定不乘坐这趟列车也是现在的事实。我无法改变将来，不然就会产生矛盾。但是，如果影响某件事情也就是改变它，那么我也不能影响将来。这就意味着将来发生什么和我现在的决定无关，而我就像命运手中的一个无助的小卒子。
一些人已经发现这种推理的思路很有吸引力，可是为了谨慎起见，我们需要寻找抵制它的方法。一种方法是拒绝承认将来和过去一样也存在真实的事件。所以，虽然上周在艾尔河谷有过暴风雨在现在是真的，但是根据这种观点，下周在艾尔河谷有次暴风雨在现在既不是真的又不是假的。存在过去的事实，不过，没有将来的事实，并且没什么能判定关于将来的断言的真假。可以把将来想象成有多种的可能，它们仅仅在“现在”移动到那一点的时候才变为实在，非常像一根拉链。这就是第8章里考虑过的A-宇宙的一种，它抓住了许多人想到的过去和将来之间的不对称性。根据这个观点，将来只在一种意义上才是可以改变的：它能够被我们的行为所决定。这不是说已经存在一个我们能随意编造的关于将来的事实：这显然是荒谬的。更确切地说，我们不知道将来怎么成为现实，但当将来变成现在后，我们的行为将部分决定是什么事件成为现实。
这就是在第8章里给我们带来很多困难的观点。如果过去是真实的，并且这解释了我们不能像影响将来一样影响过去，那么过去的事实是存在的。但这些过去的事实和现在的事实不相容。这就是麦克塔格特悖论的关键。既然我们已经提出，有两种方式可以摆脱麦克塔格特的矛盾（也许有第三个，但那是什么呢？）：B-理论和现在主义。所以，让我们看看从过去和将来的可变性或可影响性这两个观点能得到什么样的推论。
在B-宇宙中，时间没有流逝，并且没有唯一的、独立于意识的现在。所有的时间因此都是同样地真实。所以，如果我做了一个关于过去的陈述（“今天早上公交车来晚了”），这个陈述就有个确定的真假值，因为实在包含了能判断它为真或为假的更早一点的事实。过去（即在你读这个之前发生的东西，见第8章）因此不能改变，不然就存在矛盾。但同样的是，如果我做了一个将来的陈述（“电工将在下午来这里”），因为实在包含了能判断它为真或为假的更晚的事实，所以 这个陈述已经有个确定的真假值。将来（即在你读这个之后发生的东西，见第8章）因此不能改变，不然就存在矛盾。现在这使得我们回到早先遇到的问题。如果过去的不可改变解释了为什么我们不能影响它，那么，假如将来同样是不可改变的，那我们也不能影响它。这样，我们的担心是B-宇宙剥夺了我们作为被动者的角色，但我们不必马上得到这个结论。
B-宇宙的支持者坚持认为，重要的是区分两种不同的改变：一种是事物本身的改变，比如一栋建筑物被拆毁了；另一种是事实的改变。我们举一个事实改变的例子，“公共图书馆在2001年11月21日星期三上午11 : 30被拆毁”。我们能改变事物，但不能改变事实。我的行为可能是公共图书馆被拆毁的原因，因而改变了这栋建筑的状态，但是我不能改变图书馆在11 :30被拆毁的事实。所以，合理的说法是，只有在我们谈到的改变是第一种改变，即事物的改变而不是事实的改变时，影响世界才意味着改变世界。（值得指出的是，某些影响也许涉及的是阻止变化。比如，我影响了一只刚从壁炉架上不小心被碰到的花瓶，在它被摔得粉碎之前我抓住了它。）
因此，沿着这个思路，如果我能使一个东西在某个时刻具有某种属性，另一个的时刻是另一种属性，可以说我能影响它，而这种属性随时间的变动正是物体变化的一种。但是，这不意味着我能改变物体在这一时刻具有这个属性，而在另一时刻具有另一个属性的事实，也就是我们能影响将来的事实而不改变它们。虽然这是一个好的观点，但是难道它就不能得出我们也能影响过去吗？而这一点是与因果和经验相违背的。因为如果我们能够影响将来而不改变它，那么过去的不可改变性也不再是我们能影响它的障碍。好的，根据影响和改变的
区别，我们也许会允许影响过去的这种说法，但我们肯定不会接受它。
因为影响是一个因果的概念，并且因果关系是单向的，或者说是逻辑不对称的（见第5章），所以，a是b的原因和b是a的原因是不能同时成立的。还可争辩说，因果关系在时间上也是不对称的（下一章里讨论），所以一个原因始终发生在它的结果之前。现在，B —理论者可以利用因果关系在时间上的不对称性：影响事物的某个属性是导致这个属性的原因。但因为原因早于它们的结果，所以我只能影响事物在以后怎么样，而不能影响它之前怎么样。因此，虽然我也许可以影响将来，但是无法影响过去。
B-理论者关于影响过去的看法就只有这些。那么，认为只有现在是真实的现在主义呢？好像它不仅允许过去的可影响性，而且也允许它的可改变性。考虑第8章提出的问题：如果只有现在是真实的，那么是什么使关于过去和将来的陈述为真的呢？假设需要具体的事实来判断这些陈述，那么很容易得出结论，是现在的事实使它们为真。那么，假定现在发生什么肯定是在我们能改变的范围之内，根据现在主义的观点，我们通过改变关于过去陈述的真假不就可以推出我们可以改变过去吗？这个思想很好地反映在从奥威尔的《1984》中节选的一段情节中。这段情节里阴险的奥布赖恩正在审问英雄温斯顿：
奥布赖恩的手指间夹着一张剪报。它在温斯顿的视线范围内大概出现了5秒钟。毫无疑问它是一张照片。它是那张照片，是党在纽约的负责人琼斯，阿伦森和拉瑟福德的合影的一张复制件。这张相片温斯顿11年前就见到过，并立即把它毁了。它只是在他眼前晃了一下，然后又看不见了。但他以前看到过这张照片，他绝对看到过它。他使劲地做了个毫无希望的、极度痛苦的动作想扭动上半身，但身体在任何方向想动个1厘米都是不可能的。这一刻他甚至忘记那个仪表了。他唯一的念头就是想把那张照片再抓到手里，或者至少再看上一眼。
“照片还在！”他叫喊着。
“不，”奥布赖恩说。
他穿过房间，在对面的墙上有个记忆孔。奥布赖恩升起了栅栏。温斯顿看不见易燃的纸片在热流上翻卷。它正被火焰吞噬。奥布赖恩转身离开那面墙。
“纸灰， ”他说，“甚至不是能辨认出来的纸灰，灰尘，它不存在，它也从来没有存在过。 ”“但是它存在过！它还存在！它存在记忆里。我记得它，你也记得它。 ”“我不记得它，”奥布赖恩说。
奥布赖恩为什么会说照片从来没有存在过呢？答案在于他对过去的看法。审问继续着：
“党有条口号是关于控制过去的， ”他说，“劳驾把它复述一遍。”“谁控制了过去就控制了将来；谁控制了现在就控制了过去，”温斯顿驯服地说了一遍。
“谁控制了现在就控制了过去， ”奥布赖恩边点头赞许
边说道。“温斯顿，在你看来，过去是真实的存在吗？”
无助的感觉又一次突然袭击了温斯顿。他的眼睛瞟了下仪表。他不仅不知道“是”和“不是”哪种回答可以解救他的痛苦；而且也不知道他相信哪个答案是真的。
奥布赖恩不察觉地笑了笑。“你不懂形而上学，温斯顿， ”他说。“在这刻之前你从来没有思考过存在的意义。我来把它说的更准确些。过去是真实存在空间中吗？是不是在某个地方，一个由真实可靠的物体组成的世界里过去依然正在发生？”
“不是。”“如果是的话，那过去存在什么地方呢？”“在人们的记录里。它被写下来了。 ”“在记录里。还有——？”“在大脑里。在人的记忆里。 ”“在记忆里。那么，很好。我们，党，控制了所有的记录，我们也控制了所有的记忆。那我们就控制了过去，不是吗？”

我们用正在考虑的两种对时间的观点来解释奥布赖恩令人不安的看法：像 B —理论者所做的那样，把过去看成是和现在同样真实的存在会导致荒谬的结论，即过去依然在某个地方继续着。这就意味着它终究不是过去而是现在。这显然是错误的，所以我们转向现在主义。现在主义否定过去的所有实在性，除了因为因果关系而留在现在的痕迹，比如记录和记忆。也就是关于过去的陈述，只有借助于现在的事实凭据才知道真假。既然这种凭据可以被销毁、调换，或者篡改，这就可 以推出发生在过去的东西也同样可以更改，也就是历史本身（即事件，而不仅仅是记录）能被干预。以奥布赖恩的现在主义观点来看，过去是可改变的。
但是，奥布赖恩的现在主义是一种非常极端、不合情理的现在主义。首先，它把决定过去陈述真假的现在事实的范围，局限于现在事实的凭据，即我们易于识别的、用来确定或者推测过去发生了什么的痕迹。所以，因为从烧了的报纸里的照片上看不出是什么东西，因而它不能再作为凭证，也不能再用来证实任何有关照片在过去存在的陈述。对奥布赖恩来说，失去了这样的凭证就意味着照片真的从未存在过。奥布赖恩最后认为凭证可以被更改就意味着过去可以有不同的真相，也就是说过去不仅可以被删除，也能无中生有。但是，现在主义不承认这样的令人不安的结论。第一，判断过去陈述真假的现在事实不必局限于我们能识别为凭证的东西。为什么我们的观察能力和推理能力要相应呢？过去留下痕迹和这些痕迹能否为人发现又有什么关系呢？并且，如果我们不必非得找到使得过去的陈述为真的事实，那么我们能够删去过去留下的所有痕迹也是不对的。比如，如果能证明只有一个历史是和宇宙的现在状态是相容的，那我们对现在为真的过去事情没有一点影响。第二，即使过去留下的痕迹也是可以删除的，以前为真的过去陈述也不一定现在为假。假设奥布赖恩销毁了照片留下的所有痕迹，也不能推出有充分的凭据证明它没有存在过。也就是说，现在主义者认为“照片存在过”既非真也非假。第三，伪造的凭证也许还带有它原来痕迹的信息。因此，也许伪造的凭证也不足以虚构关于过去的另一种真相。
对奥布赖恩观点的最后一个评论是：认为过去的观点真的隐含着过去还在继续着是有失偏颇的。认为过去是真实的和认为过去是空间的另一个区域，这两者是不同的（虽然它在某些方面和空间的一个区域有点类似）。过去不是还在继续着，因为根据定义它是发生在现在之前。只有一个隐含的假设 ——唯有现在才是真实的 ——才能得到结论说，过去是真实的唯一条件是它现在在继续着。但考虑到B-理论的含义，这样的假设是不合理的。
于是，我们的结论是，虽然现在主义的某些流派声称过去是可以更改的，但这不是这个理论的所有流派的必然推论。无论一个人对时间采取什么样的观点，都可以有理由抵制过去能改变的观点。但有一个假说好像能实现改变过去，即我们现在要关注的时间旅行的假说。

前言/序言

小时候我家里有一部七卷本的，20世纪30年代早期出版的儿童小百科全书 ——《纽恩图文知识库》。这几本书是我母亲的，它们伴我度过童年的许多时光。每卷书的后面都有一篇令我特别着迷的文章，一页页地翻过去就可以看见牡蛎、青蛙、犬蔷薇、蜜蜂（特别可怕）和许多别的生物的内部构造图。修道士培根的故事出现在讲述著名的科学家和发明家的那卷里。书里 第一推动丛书 综合系列:四维旅行 电子书 下载 mobi epub pdf txt

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