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    什么是时间,什么是空间

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      大钊家族

      什么是时间?

      这个问题,也从来没有一个精确的定义。

      (1)牛顿时间观

      牛顿认为时间是独立于所有物质而存在的,就象河里的水一样匀速流淌。他在《原理》一书里说:“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的流逝着,相对的、表观的和通常的时间是……通过运动来进行的量度,我们通常就用诸如小时、月、年等这种量度以代替真正的时间。”

      牛顿的话表示两层意思:(一)时间是绝对的,匀速不变的;(二)时间独立于任何事物而存在。

      (2)爱因斯坦时间观

          爱因斯坦认为,时间是相对的,它会随速度而改变——速度越大,时间越慢(钟慢效应),当物体速度接近光速时其时间趋于静止。

          (3)时间不存在观

          有人认为根本没有时间存在,宇宙只有物质运动而没有时间存在。所谓时间,只是物质状态的更新。

      以上三种观点,哪个是正确的呢?

      针对第(1)种观点,问题就来了:如果时间是独立存在的,也就是它独立于我们人类,与我们没有任何关联,那么我们如何能够感知它呢?如果不能感知它,它对我们就没有意义了;如果我们能够感知它,说明它没有独立于我们而存在,它和我们是有关联的,我们是物质,也就是与物质有关联的,也就是说,时间来源于物质。再说,如果(1)时间与物体不可以分离,说明时间就是物体状态的更新;如果(2)时间与物体可以分离,那么将物体从时间里提出来,物体还能存在吗?如果不能存在,说明物体不能与时间分离,就回到(1),如果能够存在,那么还需要原来那个时间吗?

      如果时间与您是互相独立的,您就可以不管时间的流逝,那么您就可以保持不变,也就可以任性地永远保持青春了。如果将您从时间里提取出来,相当于用相机将您拍摄下来,那么您就成为一张照片了。如果照片是20岁时拍的,那么就永远保持20岁时的模样,这就是没有时间的效果。可是实际上您会随着时间变老。因为时间是物体状态的更新,人变老就是不断更新的结果。这种事实说明时间和物体是不能分离的,也就是说,时间不能独立于物体而存在。没有时间,物体状态就没有更新,没有物体状态的更新,也就没有时间。

      时间为什么能够匀速地流逝呢?牛顿没有回答,显然他还没有办法回答,因为这与物质的匀速运动有关。物质的匀速运动的实质就是物质状态在匀速更新,也就是时间在匀速地流逝。表面看来各种物体的速度是不相同的,但是实际上它们都有一个固有的相同的速度。这种相同的速度,就是时间匀速流逝的根源。然而,在牛顿力学里,认为所有物体的速度不可能都是相等的,所以牛顿认为时间是匀速流逝的是没有理由的,是与他的力学原理相矛盾的。

      虽然牛顿(二)层意思(时间独立于任何事物而存在)是错误的,但是他的(一)层意思(时间是绝对的,匀速不变的)是正确的,只是他不知道其中原理而已。

      宇宙万物能够共同存在,归因于它们具有同时性。无论你和我的“速度”如何不同,但是你和我的时间是相同的,我的时间是此刻,你的时间也是此刻,那么我和你就可以同时存在。根据同存同速原理,同时存在又说明速度是相同的(这一点很多读者是难以理解的,必须认真阅读下去,才能逐渐地理解)。如果爱因斯坦的观点成立,即物体因速度不同而时间也不同,那么宇宙万物就会因为时间不同而不能同时存在。显然,这种观点是违反逻辑的。如果我的速度是正常的,时间已经到了今天,而你的速度快,时间就慢,还停留在昨天,那么,我和你是不可能同时存在的。可见,爱因斯坦的观点是错误的。

      第(3)种观点认为“时间是物质状态的更新”是对的,但是认为时间不存在是错误的。时间是存在的,只要有“物质状态的更新”存在,就有时间存在,只是不能独立存在而已。所谓“根本没有时间存在,宇宙只有物质运动而没有时间流逝”,这种否定时间的说法是荒谬的。你每年都按时过生日吧?你一定可以看到孩子在一天天在长高,父母在一天天变老;看到日出日落;摸到自己一天天变长的头发……现实中处处是看得见摸得到的物质状态以及空间更新,实际上就是时间的流逝。时间就是物质状态更新的抽象。就像有一种“会思维的动物”称之为“人”,人就是“会思维的动物”的抽象,“会思维的动物”是实体,“人”是这个实体的抽象,只要有实体存在,就有它的抽象存在。谁又会认为世上只有一种“会思维的动物”存在而根本没有“人”存在呢?所以,只要有“物质空间的更新”存在,就有时间存在,只是不能独立存在而已。

      否定时间存在观极易陷入“静止”论。我们知道,任何自然运动物体的轨迹都不可能出现一个角,就是说无论多快的物质运动空间都无法抛离时间,说明时间空间是不可分割的,归因于时间就是物质状态的更新,实际上就是物质空间的更新。由于空间只能不断地向前更新,不可能向后更旧,所以时间不能向后绕弯(如果时间能够向后绕弯,我们就能回到昨天,历史事件就会在我们眼前重演)。宇宙空间就是宇宙本身,它包涵了所有物质。如果物质空间不更新就没有时间,那么自然景象就是一幅静止的照片:太阳失去了光辉,风不会再吹,水不会再流,鸟儿不再歌唱,花儿也不会开放……宇宙的存在是动态性的,永远不会静止,读者阅读下去将会愈发体会到“动态”这个宇宙运动理念。

          空间和时间是物质运动的两种状态的描述,空间表示物质运动的范围,时间表示物质状态的更新。两者都是人类对物质运动的感受,严格来说并不是宇宙的客观实在,但它们是物质的属性,所以是物质客观实在的反映。由于时间和空间是人类对宇宙的主观描述,容易出现偏差,所以才会出现“爱因斯坦”式的相对论:“当你难受的时候,时间过得慢;当你享受快乐的时候,时间过得快。”由于物质是客观实在,所以空间和时间不会因为人的感觉而变化。

          由于时间和空间都是物质的属性,在这个意义上说,时空是一体的(其实是同属一体的)。既然说时空一体,为什么空间会膨胀,而时间不会膨胀呢?因为空间膨胀是指宇宙球面方向的空间会膨胀,宇宙径向只是匀速运动,不会膨胀。时间的快慢是由宇宙的径向运动决定的,所以时间是恒速的,不会膨胀的。

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      什么是空间?

      这个问题,从来没有一个精确的定义。目前存在下面几种空间观:

          (1)“鱼缸空间(独立空间)”观

      “鱼缸空间”的观点来自人类日常生活的体验:如果我们生活在狭小的空间里就会感到窘迫,生活在宽敞的空间里就会感到舒畅。俗话说,海阔随鱼跃,天高任鸟飞,如果没有空间,鱼儿怎么游?鸟儿怎么飞?

          抱有“鱼缸” 空间观的人认为空间是独立于物质存在的,先有空间后有物质。物质的存在有赖于空间的存在。空间大于物质,物质才能运动。空间就象鱼缸,物质就象鱼缸里的鱼。物质在空间里运动,就象鱼在鱼缸里游荡。牛顿就是这种观点的代表,他说:“绝对的空间,就其本性而言,是与外界任何事物无关,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。”(摘自《牛顿自然哲学著作选》27页)牛顿的话表示两层意思:(1)空间独立于任何事物而存在;(2)空间是绝对的,不变的,不会膨胀,也不会缩小。

          (2)“分裂空间(相对空间)”观

      爱因斯坦的相对论认为,空间是相对的,它会随速度而改变——速度越大,空间越小(尺缩效应),当物体速度接近光速时其空间趋于0。

      支持这种观点的理由,是因为速度直接近光速的物体,其体积都很小,例如自由电子贝塔射线,其直径是5.6*10^-15m,最小粒子的速度等于光速,直径更小,只有3.3*10^-15m,这似乎验证了“速度越大,空间越小(尺缩效应)”,这里面确实迷雾重重,没有耐心是搞不清楚的。

      我们平时说的速度,是指其自然速度。自然速度是一种新的运动学概念,是指联动系统中两个环节之间的相对速度。比如:汽车的自然速度是它相对于地面的速度;地球的速度也是其相对于太阳的速度;宇宙飞船的速度,是相对于地球中心的速度……根据计算,宇宙半径为137亿光年。由于宇宙球面膨胀,如果两个天体间的距离达到137亿光年,两者互相远离的速度刚好等于光速c,这么高的速度,两者的空间应该等于0,但是实际上两者的空间并不会缩小,更不会趋于0。一个物体相对于另一个物体的速度等于光速,其空间是不会发生变化的,也就是说,空间与自然速度无关。例如,我们地球与137亿光年远的天体的相对速度等于光速,但是我们地球的空间并没有缩小,更不会为0。但是,为什么宇宙射线的物质粒子的自然速度接近光速呢?这是因为它在物质里面的速度也就是这个速度。例如,电子在原子核外旋转的速度就接近光速,一旦当它飞离原子核的束缚成为自由的贝塔射线时,就表现出本来的速度。好比链球飞出去的速度,就等于它旋转时的速度一样。当然,链球飞出去的体积(空间)还是等于它旋转时的体积。同理,贝塔射线中自由电子的(空间)大小还是等于它在原子里的(空间)大小。你总不能将电子的大小来同原子比吧?那更不能与原来的物体比了,所以说物体的空间与速度无关。

      物体的速度已经等于光速了,电子离开物体以后的速度又接近光速,两个速度相加,不是超过光速了吗?当然不会了。实际情况是这样的:物质粒子离开物体以后,就成为独立的物体即自由粒子,它的总速度——线速度与自旋速度之和仍然等于光速。自由粒子好比是链球,人的速度已经等于光速了,链球的速度加上人的速度,岂不是超过光速?实际上,链球的总速度还是等于光速的。同理,光源的速度等于光速,光线的速度也等于光束,当光线离开光源后,就成为独立的了,那么它的总速度也就必然等于光速了。凡是独立物体的速度都是相对速度,链球的速度是相对于我们的速度,自由粒子的速度是相对于我们的速度,光速也是相对于我们的速度。相对于我们的速度当然是自然速度,自然速度的总和的方向都是径向的,如毛线球内部杂乱无章的方向的总和的方向就是拉动毛线的方向,然而,毛线球却是沿着球面方向滚动的。同理,物体的方向也是杂乱无章的,它的速度总和的方向就是宇宙球面膨胀的方向,而物体(包括光线)却是沿着宇宙球面方向运动的,例如宇宙飞船可以飞到其它星球,太阳射线和光线可以到达其它天体。只有这样,自由粒子才能均匀地补充到宇宙球面中去。

      既然说宇宙运动是匀速的,为什么宇宙空间会膨胀呢?这是因为宇宙空间是一个球面,当球面沿着径向匀速运动时,球面就会自然膨胀了。

      还有另一种说法:“物体的宏观速度增大了,其微观速度就会减少,内能随之减小。根据热胀冷缩原理,其体积(空间)就会缩小,说明速度与空间有关。”这里其实主要是速度与能量有关,这是(1)式(质能方程E=mc^2)决定的,其中c就是速度。热胀冷缩原理说的是体积(空间)与温度的关系。这里面的关系是要分清楚的:上面曾经说过,天体间的相对速度与距离有关,而与温度无关。例如我们与137亿光年远的天体的相对速度等于光速,而与月球的相对速度只有3.8厘米/年,我们的大小和温度并没有因为这两个不同的相对速度而改变。前面已经说过,根据(1)式,物体的能量(内能温度)与其质量有关:质量越大,温度越高。例如,地球质量比月球大,其温度比月球高,太阳的质量比地球大,其温度又比地球高。温度(内能)是因分子碰撞产生的,在物体宏观速度不变的情况下,根据速度守恒定律(见后),温度升高,分子速度增大,电子的速度就会减小,总速度不变。热胀冷缩主要是分子的贡献,与物体总速度无关。

       

       

      (3)“绝对真空”观

      星球在太空运动,太空是怎样的空间呢?以前,人们认为太空是没有任何物质的绝对真空。如果太空中没有任何东西,为什么有宇宙射线存在呢?后来,有人认为光是一种波,必须有介质才能传播,于是假设太空中充满以太,但是由于没有发现以太子而否定了以太的存在。因此,直到现在,一般人还是认为太空是绝对真空。这里问题又来了:太空有宇宙射线,而宇宙射线就是从物体中因衰变而飞出来的物质粒子,说明太空不是没有任何物质的绝对真空。

       

      (4)“空间不存在”观

          有人认为根本没有空间存在,宇宙只有物质没有空间,所谓空间,只是物质运动的范围。

      究竟谁是谁非呢?

      第(1)种观点来自人类日常生活的体验,容易被一般人接受。但是,这种观点是局部的狭隘的地球思维,往往只看到事物的表面而看不到事物的本质,因而犯了经验主义错误——如果说空间与物体是各自独立存在的,那么物体就可以从空间中抽离出来。当物体从空间中抽出来以后,这个物体还有空间吗?如果没有,那么这个物体就不能存在,就反证了物体与空间是一体的不可分离的,即空间不能独立于物体而存在;如果有,原来的空间就是多余的,也就是说,在物体之外是不存在空间的。可见,“鱼缸空间(独立空间)”观仅是事物的表象和人类直观的感觉,并不能说明空间的实质。

      任何空间都是有物质内容的——没有你就不会有你这个人的空间,没有地球就没有地球空间,没有太阳系就没有太阳系空间,没有宇宙也就没有任何宇宙空间了。可见,将物质和空间分开的“鱼缸”观是对空间的误读。

      由于空间不可以独立于物质存在,所以牛顿的第(1)层意思是错误的;由于空间会随着时间膨胀,因此牛顿的第(2)层意思也是不正确的。

      关于第2种观点:爱因斯坦认为空间会随速度而改变,即世界是不统一的,但是他又认为世界是统一的(爱因斯坦后半生花费了大量的精力和心血,就是要建立统一场论)。 显然,如果空间会随速度变化,那么世界就不可能统一了,统一场论也就没有立论的基础,说明爱因斯坦自相矛盾。实际上爱因斯坦认为世界是统一的,这是对的,统一场论也是成立的,因为宇宙只有一个参照系。宇宙是个球面,球面只有一个参照系,就是以球面的球心(见后)为中心的球坐标系,所以统一场论是成立的——宇宙球面就是一个统一场。

      以牛顿力学的观点来说,宇宙就是一个统一的“惯性系”,因此宇宙的空间是统一的。爱因斯坦认为空间是相对的,错误在于他认为宇宙存在多个参照系(惯性系和非惯性系),人为的将宇宙空间割裂开来,这显然不符合实际:如果有不同的空间,所有物体就不可能共同存在于一个宇宙的空间内——也就是说,你有你的空间,我有我的空间,我们永远走不到一个空间里。如此说来,宇宙就成为一个四分五裂的空间。

      第3种观点认为宇宙存在没有任何物质的绝对真空,太空就是绝对空间。

      根据同速共存原理,绝对空间没有物质运动,其速度为0,所以不可能与物质宇宙共存,说明绝对真空是不存在的。如果将一个密闭容器里面的空气全部抽出来,里面是绝对真空吗?不是的,里面还有最小粒子——最小粒子太小了,可以自由进出任何容器。

      第4种观点透过现象看到了事物的本质,基本上是对的,但是错误在于否定空间的存在。

          显然,空间是存在的,但是不能独立存在。实际上,空间是物质的范围,是物质的属性。它依附于物质而存在。

      鱼儿离不开水,但是,水不是专门为鱼儿而存在的空间。水的空间是水本身的范围,鱼儿只是利用了水的空间。当鱼儿在水中游荡时,将水排开而占用了水的空间。鸟儿在天空飞翔,然而,天空不是专门为鸟儿而存在的空间。天空的空间是空气本身的范围,鸟儿只是利用了空气的空间。当鸟儿在空中飞翔时,将空气排开而占用了空气的空间。

      星球在太空运动,太空又是谁的空间呢?以前,人们认为太空是没有任何物质的绝对真空,后来,有人认为太空是以太的空间,但是由于没有发现以太子而否定了以太的存在。因此,直到现在,一般人还是认为太空是绝对真空。这里问题又来了:太空有宇宙射线,而宇宙射线就是从物质中跑出来的物质粒子,说明太空不是没有任何物质的绝对真空。

      您可能会说:“将鸟儿关在笼子里,就飞不上蓝天;将宇宙放在没有空间的地方,它怎么能膨胀?”

      笼子是人为的,不是自然的,所以笼子可以将鸟儿关住。宇宙是自然的,没有人将它关进笼子。宇宙不受任何约束,所以宇宙可以自由地膨胀。宇宙的膨胀是自身运动,根本不需要外部空间。

      有人曾经提出这样的问题:“物体在空间里运动,究竟是物体穿过空间,还是空间穿过物体?”

          提这个问题的人,认为空间是纯粹空间,是与物体是互相分离的,这显然是错误的。其实,物体在空间里运动,是在别的物质里运动:鱼在“空间”里游荡,必须排开水的“空间”才能前进;鸟在“空间”里飞翔,这个“空间”就是物质空气,鸟必须排开空气才能飞翔;飞船在“空间”里航行,这个“空间”就是太空,太空并不是没有物质的“空间”,太空里充满了能量子,太空的“空间”就是广义物质能量子。由于能量子很小,可以穿透宇宙飞船,这种现象与鸟和鱼不同,飞船不能排开能量子,而是能量子的空间穿过飞船的空间。归根结底,鱼、水、鸟、空气和飞船都要被能量子的空间穿过。注意,这里是指能量子的空间而不是上面说的纯粹的空无一物的空间。

      我们住在房子的空间里,由于房子“住”在空气里,空气又住在太空里,我们实质上住在太空里。没有太空的空间,就没有空气的空间;没有空气的空间,就没有房子的空间,我们也就不能住在房子的空间里了。显然,我们的空间就是太空的空间,并没有专门为我们配备一个空间。再说,如果每个物体都要配备一个独立的空间给它,那么空间如何配合物体的运动呢?比如,你要跑步,你的空间怎么知道你往哪个方向跑?又怎么知道你要跑多快呢?

      小物体在大物体的空间内运动,实际上是小物体的空间在大物体的空间内运动(小与大是相对而言的):电子空间在原子的空间里运动;原子空间在分子的空间里运动;分子空间在物质的空间里运动;鱼儿空间在水的空间里运动;鸟儿空间在天空的空间里运动;飞船空间在太空能量子的空间里运动……所以,物体运动,就是物体自身的空间在更大的物体空间里运动,也可以说,小物体的空间占用了大物体的空间然后穿过它——实质上是物体穿过其它物体,这些物体是可以移动的,如水、空气等,归根结底,是所有物体都在太空的空间里与能量子一起以光速运动,能量子填满了所有空隙(包括物体里面),而不是物体穿过纯粹的空间。

      既然说到能量子,就要论证它的存在。

      我们已经观测到太空中密布着宇宙射线,然而,太空除了宇宙射线携带的不完整的物质粒子以外,还有其它物质吗?

      我们知道,不完整的物质粒子来自各个天体,主要来自恒星。然而,天体不断向太空发射物质微粒,必定有一个增量物质Δm注入太空,可是太空中微粒的密度基本上保持常量,说明必定有相应的一个减量-Δm的微粒不见了,它们到哪里去了呢?根据物质不灭定律,它们不会消失掉,按照逻辑推理,除了太空之外,它们无路可逃,它们只能跑到太空里去了。也就是说,它们变成太空了,那么它们就必然是太空的主体。

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