一、时间是结构关系

时间是什么？ 几千年来，不断有哲学家和科学家思考这个问题。张元仲说，时钟除了作为其他事物的计时器外，它们本身都包含在“时间是什么？”这个问题的答案之中，但绝不是答案的全部。“时间是反复的次数”这种过于简化的答案是把时间跟时钟等同了起来。动植物的老化、岩石的风化，以及宇宙的演化都没有“反复的次数”，但都是在时间中进行的。关于时间箭头问题，张元仲说，几百年来列举的事例包括了不可逆过程、热力学中的“熵增加原理”、宇宙的产生和演化等等。但这些也只是事例而非时间箭头的最终答案。试想，“时间究竟是什么？”这个问题还没有完全的答案，它的箭头问题能有最终答案吗？（张元仲.时间是什么？[J].科学世界,2009(6).）

有人说时间是对物体之间相对运动快慢的一种描述，或者说量度两个时刻之间的间隔长短的物理量，这些说法都是错误的，因为“运动速度”和“时刻”这些概念本身需要用时间来定义，所以在时间的定义中包含这些概念就是循环定义。有人说，时间是运动、变化的表现形式，但是变化有很多表现形式，例如图像的、声音的、符号的等，这些表现形式与时间有什么区别呢？ 

为了说明时间的本质，我们首先分析两个场景与时间的关系。场景1：在一个教室里面有两个人；场景2：在教室里面有一个人，另一个人在教室外面。这两个场景的差别是什么呢？显然是两个人的位置差别，根据狭义结构的定义，位置差别就是结构差别。然后我们看时间关系，如果两个人约好8点钟在教室见面，然后到8点的时候两个人都来到了教室，就出现了场景1。但是如果一个人准时来到教室，而另一个人迟到了，8点时就会出现场景2。所以，同时是一种结构关系，先后是一种结构关系的变化。由于有物质的结构变化，世界作为一个整体的空间状态就不同了，当我们对比这些不同的世界整体空间状态时，我们不说它们是不同的世界，而说它们是不同时间的世界。因此，时间就是由物质的结构变化导致的不同的世界整体空间状态之间的关系。因为结构决定功能，所以钟表的结构变化也是其他所有功能变化的参照系。由此又可以用时间代表所有的结构变化和功能变化。

定义：时间是由物质的所有结构变化和功能变化导致的世界整体不同的状态之间的关系。

我们有时说：“让时间凝固”，“锁定这个瞬间”，其实凝固和锁定的并不是时间，而是结构。所谓“时间反转”，其实是说各种物质的结构变回以前的状态。物理学家告诉我们，宇宙产生之前不存在时间。所谓时间不存在是指宇宙的结构不存在，没有物质也就没有运动，没有结构变化，没有结构变化就没有时间。

二、历法和时钟

我们平时说的各种变化，如开车、生物生长、社会发展等，都是功能变化或结构变化。功能变化中包括进化和退化，它们都需要度量，因而都需要参照系，时间就是度量所有功能和结构变化的一种参照系。

图1.1 系统b是系统a的时间参数

  如果世界只有一个系统，当它从结构1变为结构2，然后又从结构2变回结构1时，我们可以说时间倒退了。其实，时间本身是没有方向性的，时间的方向性来自于不同结构的相互关系。如果世界上存在两个以上的系统，当系统a从结构1变为结构2时，系统b也发生了一些变化。当系统a由结构2变回结构1时，如果系统b没有同时变回系统b的结构1，那么我们就不能说时间回到了过去。这时系统b的状态可以作为系统a结构变化的参照系，在这个参照系上，可以记录系统a的变化过程，这就是系统a的变化关于系统b的函数，即a的历史，b是a的时间参数。这个历史上系统b的各个状态发生的顺序就是时间的方向。反过来，a也可以是b的时间参数。

  时间的方向并不一定是单向的，当把系统b作为系统a的时间参数时，如果系统b从状态2变回到状态1，就意味着时间倒流，这样的图形很容易画出来。但我们在分析函数关系时，不喜欢一个自变量对应两个函数值这种图形，我们喜欢单值函数。所以我们需要确定一个固定的时间方向。如果我们觉得太阳每天东升西落，可以回到过去，无法标定时间的方向，那么可以把季节的变化作为参照来标时间的方向。如果我们觉得季节的变化也不足以确定时间方向，我们可以把更慢的变化作为坐标系，例如人的生长和衰老。如果还嫌不够，可以人为设定一些长周期系统，于是就产生了各种历法。所以，时间反转不是不可能，而是不利于人类认识世界。

钟表的运动就是一种结构变化，我们平时说的时间一般都是指小周期内某种物质结构变化与钟表结构变化之间的关系。在时间坐标上的每一个点都是钟表指针的一种位置，所以我们说的时间也经常指钟表的位置。在货币产生之前，人们以物易物，后来人们用一些特殊商品充当一般等价物，于是有了货币。钟表也是一种“一般等价物”。最初时间是任何两种结构变化之间的关系，后来人们用一些特殊的结构变化表示时间，如：沙漏、日晷等，最后用钟表来表示时间，也就是在表示时间的各种结构变化中选择了一种最方便好用的一般等价物。因此，钟表的结构变化是其他所有结构变化的参照系。

三、时间不可反演

我们每一个人都是以自己为参照系来度量世界的，钟表和其他所有等价物都是替代标准，不是时间的基本标准，每一个自我才是时间的基本标准。而我们的身体变化和意识变化都是不可反演的。钟表是可反演的，你只要稍稍把钟表改装一下，它就可以倒转，因为钟表是简单系统。人的身体的某一部分的变化往往是可反演的，例如受了伤可以恢复，发烧了可以退烧，我们的某些观念也是可反演的。但人的身体和整个意识是复杂的系统，不可能同时倒退，所以人的身体和意识是不可反演的。这就决定了时间是不可反演的。

定理：对于任何一个复杂系统来说，只要这个系统的任意部分不能同时恢复过去的状态，那么这个系统就是不可反演的。

可反演不等于可逆，不可反演不等于不可逆。可逆是耗散结构理论中提出的特殊概念，与熵的变化有关，而反演与熵的变化没有必然联系。可逆过程与不可逆过程都是不可反演的。

现在人们很喜欢谈论回到过去和改变历史的话题。也许看到过去是可能的，但改变过去是完全不可能的。因为要改变过去，意味着不仅你一个人回到过去，而且是所有的人和所有的事物都同时回到过去，这是在改造整个世界。

其实我们的所有观察都是在观察过去，因为任何物质反射的光线在进入我们眼睛之前都有一段运动时间，只不过光线运动太快，对近处的东西的观察都可以当成是同时的，而对于遥远星体的观察都明显是对于过去的观察。对于过去的观察并不意味着我们能回到过去，因为我们反射的光线到达遥远的星体又需要一段时间，所以我们不可能与过去的事物产生互动。如果我能够看到我太爷爷在做什么，那么这种观察只是单向的，他不可能看见我，他看见我意味着他能看见未来。所以说观察过去不意味着能回到过去。

四、同时和先后的定义

按照前面的定义，时间是由物质的结构和功能变化导致的世界整体不同状态之间的关系。时间关系包括同时关系和先后关系，那么什么是同时关系呢？如果一个人看到一个物体时，又同时看到了另一个物体，这两个物体在人的意识中分别产生两个感觉，这两个感觉在意识中同时出现，因此这两个感觉会与其他意识建立某些相同的关联。所谓同时其实是指这种意识关联的共同性。

那么在意识中会建立什么样的关联呢？人每天都能感觉到自己的身体变化和自己的喜怒哀乐，人会把这些感觉排列起来，这种排列就是一种时间顺序。这个时间顺序会成为一个参照系，当人观察到其他现象时，会把这些现象与人关于自身的感觉相对应。例如，我9岁的时候开始踢足球，而且那一年我在天安门看到过悼念周恩来的花圈。这两个感觉在我的意识中被连在一起。所以时间在本质上是意识之间的联想关系。或者我们可以说世界上根本不存在一种抽象的时间，世界上只存在各种具体的物质和它们的运动变化，只是当人观察这些运动变化时，为了处理它们的相互关系而设定了一种范畴。时间这种范畴是一种意识。