时空概念，历来是哲学和自然科学所共同关注和探讨的问题。化学中的 时空概念是与自然科学的时空概念紧密相连的。因而，要阐明化学中的时空 概念的发展，就需要先回顾一下自然科学中时空概念发展的历史背景。
一、古代的时空概念 古代由于自然科学还没有从哲学中分化和独立出来，所以古代自然哲学中的时空概念，也就是自然科学中的时空概念。古代自然哲学家们是从世界 的本源来探讨时空本质的。
德谟克利特把空间理解为“虚空”，认为“虚空”是原子存在和运动的 根本条件，是原子存在的容器和原子运动的前提。空间自身是“虚空”的、 同类的、连续的、无限的。时间在德谟克利特看来，只同原子的运动和原子 的空间结合有关，而同它的存在无关。因为原子是永恒不变的，时间也是客 观的、永恒的、不能创造的；时间本身是均匀的、连续的、无限的。①亚里士 多德总结了古希腊时期对时间的认识，把时间理解为运动的数目。他认为， 当有了从前和以后时，我们就可以谈到时间，因为时间不是别的，而正是有 关在先和在后的运动数目，总之时间是连续的、均匀的。他也分析了时间同 运动的关系，认为时间不是运动，但依赖于运动，是运动的某种东西。②古代自然哲学中的空间、时间概念，虽然是直觉的，还没有上升到科学的抽象，但是古代自然哲学中承认时间、空间是同物质及运动相联系的观念， 并承认时间是客观的、均匀的、连续的等观念。这就成为后来的时间、空间 概念进一步发展的基础和源泉。正如恩格斯所指出：“在希腊哲学的多种多 样的形式中，差不多可以找到以后各种观点的胚胎、萌芽。”③
二、牛顿的时空概念
古代自然哲学中的时间概念是同世界本原相联系的，而近代的时间概念 是同对自然现象的描述相联系的。它是描述自然界运动过程的基本概念，是 随着力学的产生和发展而建立起来的。
伽利略把时间的二种主要特性——流动的连续性和均匀性，作为自己对自由落体定律作结论的基础。他的自由落体定律所揭示的空间距离的增长与 时间的平方成比例的关系，已把时间概念纳入力学过程，是描述机械运动的 开端。英国科学史家丹皮尔指出，过去，“经院哲学用‘本质’，‘原因’ 来不精确地描述运动，以说明物体为什么运动。现在这些已经为时间、空间、 物质及力等概念所代替。”①伽利略关于时间概念同力学过程的联系思想，成 了牛顿绝对时间概念的基础。由于受伽利略的影响，牛顿提出了独立于人类 意识，独立于所有物质而存在的绝对时间观。
牛顿指出：“绝对的、真正的和数学的时间自身在流逝着，而且由于其 本性而在均匀地，与任何其它外界事物无关地流逝着 相对的表现的和通 常的时间是延续性的一种可感觉的、外部的（无论是精确或是不相等的）通 过运动来进行的度量，我们通常就用诸如小时、日、月、年等这种度量以代① 高德：“自然科学中的空间与时间概念的发展”，《衡阳师专学报》，1981 年，第 1 期。
② L·罗班：《希腊思想和科学精神的起源》，商务印书馆，1965 年版，第 331 页。
③ 《马克思恩格斯全集》第 20 卷，人民出版社，1972 年版，第 386 页。
① W·C·丹皮尔：《科学史》，商务印书馆，1978 年版，第 217 页。
替真正的时间。”牛顿还指出：“绝对的空间，就其本性而言，是与外界任 何事物无关而永远是相同的和不动的。相对空间是绝对空间的可动部分或者 量度。我们的感官通过绝对空间对其它物体的位置而确定它，并且通常把它 当作不动的空间看待。如相对地球而言的地下、大气或天体等空间都是这样 来确定的。”②牛顿的绝对时空概念，是整个牛顿力学体系中的不可分割的组成部分。 从牛顿力学的基本定律和概念出发，就一定要求有一个绝对的时空概念。物 体的位置移动，就要求空间“空”；物体的绝对静止，就要求空间的绝对“不 动”；物体的绝对匀速运动，就要求空间绝对“平直”、“均匀”；而且还 要求时间绝对的均匀，没有快慢节奏。反过来，只有绝对时间和空间概念才 能保证牛顿力学规律的有效性。
在牛顿力学中，时间仅仅是描述运动的一个几何参量。这一点可以从牛 顿方程中体现出来。
→
→
Fi
dr
dt 2
如果把时间符号变为 t→-t，这个方程是不变的。某一时刻，无论现在、过 去还是未来的时刻，都被假定为同另一时刻完全相同。正是由于这个原因， “科学家把牛顿系统中的时间说成是可逆的。”①在牛顿力学中不会产生关于 时间的结构、时间的性质的问题，时间只具有长度性质，“仅仅是描述运动 的一个几何参量，”②与物质运动的本性没有什么内在的联系。
三、爱因斯坦的时空概念
爱因斯坦相对论的时空观是与物质运动的相对性相联系的。在牛顿体系 中的过去、现在和未来是没有区别的，但是在相对论中则过去、现在和未来 并不具有这样简单的含义，而要取决于观察者的运动状态。在牛顿力学中， 时间是均匀地、绝对地流逝着，空间是绝对不变的；而在相对论中，时间、 空间与物质的运动速度有关，运动的物体的质量随其运动速度增加而增大， 其长度在其运动的方向上缩短。不仅空间随运动的变化而变化，而且时间也 随着运动的速度变化而变化。物体运动的速度越快则时间流逝得越慢。爱因 斯坦的广义相对论进一步发展了狭义相对论中的时空概念。在广义相对论中 引力场能够改变空间的状态以至时间的速度，引力场愈强，时间流逝得愈慢。
爱因斯坦的时空概念，并没有排斥空间和时间的客观性和绝对性，在物体运动速度远远低于光速的条件下，便和牛顿的绝对空间、时间概念一致。 它比牛顿的时空概念有着更加普遍的适用范围。
爱因斯坦相对论中的时空概念，揭示了时空与物质及其运动的依赖性， 揭示了时空特性随着物质运动状态的改变而改变的关系，从而彻底抛弃了牛 顿的绝对时空观念，实现了自然科学中时空概念的变革。但是，无论是牛顿 体系，还是相对论体系，时间都只是描述可逆运动的一个几何参量。爱因斯 坦认为，具有不可逆的时间只是人类的幻觉。他仍然寄希望于数学家能够用② 塞耶：《牛顿自然哲学著作选》，上海人民出版社，1974 年版，第 19 页。
① 普里戈金：《从混沌到有序》，上海译文出版社，1987 年版，第 15 页。
② 普里戈金：《从存在到演化》，上海科技出版社，1986 年版，第 1—2 页。
精确的数学来描述物理世界。① 四、普里戈金的时空概念 牛顿力学和相对论中的时间都只是描述可逆运动的一个几何参量。然而，这种时间的可逆性往往与实践经验和其它科学所揭示的客观现象发生矛 盾。在日常生活中如把两种液体（例如水和酒精）掺在一起，一般都会经过 扩散变成某种均匀的混合物而不会自行分开。人人日日夜夜在衰老而不可逆 转则是一个事实。在各门科学中日益揭示了自然界发展的方向性和时间的不 可逆性。例如天文学中康德—拉普拉斯关于天体演化的星云说逐步得到承 认；在地质学中，赖尔提出了地质渐变的理论，说明了地球的演化和发展； 化学家们研究的化学反应则有一些是不可逆过程；在生物学中达尔文的进化 论则揭示了生命从单细胞生物到人的进化过程；现代宇宙学预言宇宙在演化 并说明静态宇宙观与事实显然不符；在微观领域中科学家又观察到了时间的 对称性自发破缺现象，有“箭头”的时间已经被深深地引入了我们对基本粒 子的认识中。时间的不可逆性不仅贯穿到生物学、地质学、化学以及社会科 学中，而且使人们终于认识到整个自然界和人类社会，从沙粒到太阳，从基 本粒子到宇宙，从原生物到人，都处于永恒的产生和消灭之中，都有时间上 的发展。自然界“不是”在空间中存在着，而是在时间中生成并消逝着。世 界不是由现成事物构成的，而是各种过程的总和。在这些过程中随机性和不 可逆性起着越来越大的作用。科学正在重新发现时间。
进化的观念滋长出柏格森和怀特海等人关于时间的理论。①怀特海认为现代哲学的显著特征就是“认真地对待时间”，认识到世界是一个过程。柏格 森则认为，数学和物理中的时间概念并没有真正抓到时间的本质，它们是可 逆的，其中没有什么新事物出现。而“真正的时间”，即进化的时间，则是 不可逆的，它表现出世界的“创造性进化。”
在科学中真正揭示时间不可逆性的是热力学第二定律。这个定律用熵增加原理第一次把进化观念引入物理学。从青年时代就开始考察时间的不可逆 的普里戈金非常重视热力学第二定律，并把它作为自然界的基本定律之一。 他以热力学第二定律所揭示的时间不可逆性为基础，着重研究远离平衡态的 不可逆过程，提出了耗散结构理论。它把历史因素引入物理学和化学，进而 把物理学、化学同其它学科统一起来。于是，时间不再是一个简单的运动参 量，而是非平衡世界中内部进化的度量。
普里戈金在耗散结构理论中提出了“内部时间”的概念。在普里戈金看来，时间是有结构的。他发现了一个现在的“持续宽度”，即现在中有来自 过去和最近将来的贡献。图 11—1 是传统时间和内部时间的表示。
① 普里戈金：“时间再发现”，《科学》， 1987 年，第 4 期，第 243 页。
① 柏格森：《时间与自由意志》，商务印书馆，1958 年版。
从上图可见，过去与将来之间具有一个过渡层，即所谓“现在”具有一 个“持续宽度”。在传统观念中，时间是和一条从遥远过去伸向未来的直线 同构，“现在”就对应于一个点，过去、现在和将来没有区别。在耗散结构 理论中内部时间就不再仅仅是一个几何参量了。它表征了物质进化的内部量 度。这样，空间分布的物质就不仅在均匀的流逝中，而且还有了年龄和历史。 系统演化则是有着不同年龄构成的演化。这个新的时空观，才真正把时间和 空间统一起来，在演化中理解自然界，理解物质。于是，物质的活性与时空 系统联系起来，构成了有机的时空观。
普里戈金还把时间概念区分为不同层次：（1）与动力学相联系的时间，在这个水平上的时间是可逆的，仅仅是运动的几何参量；（2）与热力学相联 系的时间，在这个水平上的时间与不可逆过程有关，时间是不可逆的；（3） 与耗散结构相系的时间，在这个水平上的时间与“历史”、“进化”相联系， 是一种进化的时间观。普里戈金的时间概念，是对时间发展的一个重大突破。 可以说，他重新发现了时间。
