度空间理论

度空间理论

第一,真空和时空扭曲

古希腊科学家德谟克里特斯认为,空间是虚无的“虚空”,原子在其中运动。这些没有物质的空间概念还包括没有物质的时间概念,“空”或“真空”也经历时间的流逝。这个观点发展到16世纪中叶,被牛顿进一步理论化。牛顿认为时间是与物质运动无关的纯粹连续性,绝对均匀地流逝;空间是从物质中分离出来的绝对空的框架,可以填充物质,但空间本身永远是静止的、固定的。

在牛顿的绝对时空观中,时间和空间是两个独立的概念,彼此没有联系,分别是绝对的;而且时空的测量与惯性参照系的运动状态无关,同一物体在不同惯性参照系中观测到的运动学量(如坐标、速度)可以通过伽利略变换相互关联。

没有物质的宇宙中是否存在绝对的“虚空”或“真空”?时间是什么?时间是相对独立于物质或空间的绝对存在吗?空间能绝对静止不变吗?

19世纪,奥地利物理学家、心理学家、哲学家恩斯特·马赫(ernst mach)提出,时间和空间的几何形状不是先验给出的,而是由物质及其运动决定的——爱因斯坦称之为马赫原理。爱因斯坦曾声称相对论的创立是因为马赫思想的影响和启发。

在狭义相对论中,爱因斯坦讨论了由于观测位置不同造成的距离不等而判断同一事物变化的同时性的相对性,并在真空中设定光速c为常数,由此推导出用光学测量仪器测量静止和运动中的测杆物体长度的不一致缩尺效应,以及运动中的计时钟的钟慢效应,建立了基于不同参考系中洛仑兹变换运动的相对论。在广义相对论中,爱因斯坦提出了新的引力场和时空扭曲的概念,并得出引力是时空扭曲的结果。

然而,我们也要问:是否存在一个完全没有任何物质的真空?爱因斯坦,或者说人类,曾经探测过完全没有任何物质的真空吗?那么,爱因斯坦的真空中光速C不变条件有什么理论或实际意义呢?当然,由于人类是用光学仪器来测量运动中的测杆长度的,最终的测量结果会受到测杆移动速度与光速的相对值的影响,但是测量的相对结果能决定或者是测杆物体的绝对长度吗?几点了?时钟顺时针的速度能决定时间的速度吗?那么,地球上那么多有快有慢的时钟,是不是都扭曲了宇宙的时空?

第二,宇宙和空间的物质基础

在中国古代,宇指的是空间,周指的是时间。在国外乃至现代物理学中,宇宙被视为所有的空间和时间及其内涵,统称为时间和空间。所以,古今中外,无论是世俗的人,还是科学的理论家,似乎都坚信时间和空间存在于同一层面(或自然)。因此,爱因斯坦基于空间和时间的所谓“时空扭曲”的广义相对论将在现代物理科学中广泛流行。

在《探索宇宙能量的第一推动力和来源》一文中,我们讨论了物质的质量和运动的两个基本性质,并在此基础上阐述了力只是物体运动动量线性传递的外在表现,而能量是物体运动动量离散传递的外在表现。而且由于不同的特征空间构成了物质特征,决定了相对独立的物质体之间相互作用的机制和方式,从而形成了重力、强相互作用力、电磁力等不同形式的力,以及化学能、核能、电能等不同形式的能量。

进一步推论,我们认为暗物质是客观存在的,电磁场是某种形式的暗物质运动形成的特征空间;时间只是一种工具,通过地球自转和绕太阳运动来衡量人类生活和其他事物的发展变化。所以,所谓的空间,或者说宇宙,是,也仅仅是,不断运动的物质的绝对物理存在的呈现;宇宙内或宇宙外没有任何物质,就没有绝对的真空空间或虚空;与绝对存在的物质构成的空间相对应,不存在完全独立的所谓“时间”事物的绝对实体形式。所谓“过去”只是人类意识对已经发生的变化的记忆,而未来只是人类意识对自身和其他事物未来变化的推理和想象。

基于宇宙是且仅是由具有质量和运动两种根本性质的物质和暗物质组成的空间的认知,以及物质的运动和相互作用在不同特征空间中具有不同机制和外在表现的事实,我们不仅可以揭开困扰人类数千年的不同形式的力和所有形式的能量的共同本质, 而且可以完全避免和摆脱一些误导和干扰的刻板印象和不必要的人为设定,促进物理科学的理论研究向正确的方向发展。

例如,由于所有作用力都是在相应特征空间的压力下相互靠近运动的物体相互辐射和吸收的表现,所以传递各种作用力的是构成相应特征空间的基本物质本身,不需要也不存在传递万有引力的特定引力子或传递其他作用力的物质粒子;而且电磁场是暗物质空间,电磁力是暗物质粒子运动形成的力。那么,我们完全没有必要引入或者设置所谓的时空扭曲,以及引力场和引力波的存在。这样,我们就可以重点研究太阳核反应和辐射引起的太阳系空间物质组成的变化,以及太阳与包括地球在内的天体之间的相互辐射和吸收的变化,共同推动太阳系的过去、现在和未来演化,探索地球和人类的未来。

再比如,既然空间是物质绝对存在的呈现,那么根本就不存在没有物质的真空或虚空,而且由于物质绝对运动的性质,可以推断不可能存在物质绝对均匀分布的空间。而且,由于人类所认知和定义的“时间”之物,并不是与物质同性质的绝对存在,不可能有所谓的时空扭曲,只有不同的地域空间构成了物质的密度差异。那么,我们对“真空中光速不变”的设定只能解释为,在人类迄今探索的相对均匀的星际空间中,可以人为设定相对稳定的光速不变值,以便人类进行相关的科学研究。这样,我们就可以了解水、大气空间和太阳球附近光速和运动路线的各种差异和变化,以及现代量子力学中“量子纠缠”的超光速现象。因为它们处于不同的特征空间,或者我们可以这么说,因为它们处于由不同物质组成的不同阶和不同维序空间,所以光的速度和运动路径会发生变化,表现出不同的行为。

而且,既然宇宙是物质存在的表现,那么宇宙中就不存在没有物质的绝对真空,所以我们可以推断,光子在空间中高速运动的本质是并且只能通过光子物质的传输来实现。就像台球中的母球击中目标球后,母球代替了目标球的位置,目标球代替母球继续运动;当桌子上有很多目标球时,一个母球可以同时击中两个目标球,这两个目标球可以分别与其他目标球碰撞,这样一个母球移动后,不同的目标球就会相互碰撞。基于这些事实和原理,我们也可以理解现代量子物理的“双缝干涉”实验中,发射光子与自身干涉的客观真相:发射光子同时激发的多个其他光子之间的相互干涉;以及光子波粒二象性的本质:光子透射位移的相对位移和绝对位移(关于这些内容,我们将在《量子物理的哲学基础及其理论完备性的科学解释》中暂定名>;文中有更详细的阐述)。

第三,空间的“序”与“度”。

既然宇宙的本质是,且仅是,各种演化结果在物质构成的空间中的呈现,那么所谓时间就是,且仅是,由物质的演化及其在人类意识中反映出来的发展变化过程抽象定义的一个概念上的东西。而且,由于运动是物质的根本属性,因此可以推断,构成任何区域空间的物质的量必然总是在变化的,所以宇宙不同区域的物质的量的差异将是其基本特征。每一个地域空间都是物质的绝对自然存在,每一种状态都是它的正常存在现象。所以没有所谓的“时空扭曲”或“空间扭曲”,只有空间物质密度的差异。

宇宙空间是物质存在的整体,空间是相对于宇宙空间中任何相对独立的物质个体,直接决定其存在和活动范围的区域性空间。

比如,对于构成石头的原子来说,作为实体的石头就是它们的存在空间;对于水中的鱼来说,水是它们的生存空间;地球的大气层是人类和植物生存的空间。太阳系是地球、金星等行星物体的存在空间,等等。

显然,这样不同的空间状态,或者说区域空间,从根本上来说是由于物质的不同分布和密度的不同的空间等级特征。而且,同样非常明显的是,特征空间中不同的空间状态或不同的物质组成和分布结构,决定了相对独立的物质个体运动和相互作用的不同机制和方式。比如鱼虾在水的空间里游动,人类等动物在地球的大气空间里行走奔跑,在太阳系空间里地球、水星等物体围绕太阳旋转等等。而且在《探索宇宙能量的第一驱动力和来源》一文中,我们已经解释过,不同特征空间中的空间物质所形成的相应空间压力,与相对独立的物质的辐射和吸收机制共同作用,形成了称为引力、强相互作用和电磁力的力的形式。并且,不同物质的混合(或者添加催化剂)形成了特定的物质空间,物质在其中相互作用产生化学能。

那么,鉴于空间物质分布具有明确的等级态特征,决定了相应的不同的物质运动形式,我们有必要对这样的空间条件进行抽象的理论定义和区分,以便于科学研究。

比如,如果研究和调查的基本参照物是人类,那么人类直接依赖于其赖以生存的地球大气空间,我们可以将其定义为一阶(或基态阶)空间;因为地球依赖于太阳系的存在,那么太阳系就是人类存在的高阶二阶(或相序)空间;太阳系存在于银河系的空间,所以银河系是人类存在的三阶(或泛态阶)空间;以此类推,表观物质空间和暗物质空间分别是人类存在的四阶(或显阶)空间和五阶(或形而上阶)空间。

在大气空间——人类存在的基态空间中,有各种水空间、地下空间、房屋空间、高空大气空间等。,并列包含在基态空间中存在的特征空间中,我们可以将其定义为“度空间”。因为构成这样一个不同空间的物质不同,直接决定了包括人的生命在内的物质个体的不同运动的特征。

比如地球上的一块石头,对于组成石头的物质分子来说,石头就是物质分子的基态序空间,地球的大气空间就是它的二阶(相序)空间,等等。如果把这块石头放入地球上的超高温熔炉中,石头中的分子会高速运动,这样石头就会融化成液体。这样的高炉对于石材分子来说就是它的二阶空间的一个维度,在这样一个特殊的维度空间中决定了材料分子相应的运动形式。如果将其他同样可以熔化的物质同时放入熔炉,对于石头分子来说,其实是一个更高维度的空间,决定了石头分子相应的不同运动,或与其他物质结合,或气化,或爆炸。

根据这一分析可以推断,无论是核反应、化学反应还是高能物理中的电子对撞机都在制造新的粒子,其基本原理其实是通过制备不同的序空间来产生不同的对应结果,不同的序空间所决定的物质分子的不同运动。

现代量子物理研究的物理基础也是量子级的空间。由于种种原因,量子空间中不同程度的变化决定了微量子相应的不同运动,最终表现出波函数坍缩、态跃迁等相应的量子力学特征。

第四,从亚里士多德到量子力学

众所周知,亚里士多德并不认同德谟克利特“空间是空的,原子在虚空中运动”的观点。在他看来,如果人把一个容器倒空,那么还有空气等其他物体进入容器,不存在空的位置,位置永远是某个东西的位置;所以他认为“自然厌恶空”,他也认为“没有事物就没有独立存在的运动”。[1]31

按照亚里士多德的理解,宇宙在空间上是无限的,空间被万物的形态所占据。除了水、火、气、土,还有一种“以太”物质元素生活在天空的上层。

但亚里士多德并没有具体讨论和探讨以太的本质和存在特征,所以对他来说,以太只是一种想象的物质。到公元17世纪,笛卡尔将亚里士多德的以太引入科学,并赋予它一些力学性质。笛卡尔认为物体之间所有的力都必须通过某种中间物质来传递,不存在距离效应。所以空间不可能是空的,它充满了以太这种介质。以太虽然人的感官感受不到,但是可以传递力的作用,比如磁力,月亮对潮汐的作用。

后来因为光的波动理论,r .虎克和c .惠更斯也认为以太是承载光波的介质物质,它充满了包括真空在内的所有空间,可以穿透到普通物质中。

牛顿不同意胡克的光波理论,但他和笛卡尔一样,反对超距作用,承认以太的存在。但在他看来,以太不一定是单一的物质,所以它可以传递各种功能,比如产生电、磁、引力等不同的现象。牛顿也认为以太可以传播振动,但是以太的振动不是光,因为光的波动理论(当时还不知道横波,光波被认为是像声波一样的纵波)无法解释今天所谓的光的偏振,也无法解释光的直线传播现象。

1 8世纪,牛顿的追随者起来反对笛卡尔的哲学体系,因为法国笛卡尔拒绝接受平方反比定律的引力,他的以太论也被反对。随着引力平方反比定律在天体力学中的成功,以及探索以太缺乏实际成果,超距作用的观点开始流行。光的波动理论也被抛弃了,粒子理论得到了广泛的认可。

但在19世纪,t .杨、a .菲涅尔、m .法拉第、j .麦克斯韦等科学家逐渐发现,光是一种波,生命中大部分波都需要传播介质(比如声波的传播需要借助空气,水波的传播需要借助水等。).受经典力学的影响,他们假设宇宙中到处都存在一种叫做以太的物质,正是这种物质在光的传播中起到了媒介的作用。

但是后来著名的迈克尔逊-莫雷实验并没有证明以太阻力的存在影响了光速的变化,实验被作为不存在以太的证据。而在1905年,爱因斯坦在《论运动物体的电动力学》一文的序言中说:“光以太的引用将被证明是多余的”。他抛弃了以太理论,认为光速是基本原理,并以此为基础创立了狭义相对论。

或许,是因为著名物理学家洛伦兹认为光速不变,但他相信以太的存在,不承认相对论。因此,1920年,爱因斯坦在莱顿大学做了一个“以太与相对论”的报告,试图调和相对论与以太主义。他指出,狭义相对论虽然不需要以太的概念,但并没有否定它。根据广义相对论,空间具有物理属性,从这个意义上说,以太是存在的。他甚至说,根据广义相对论,没有以太的空间是不可想象的。但爱因斯坦的“以太”其实是广义相对论中的规范场,并不是物质。

1922年,天文学家Kapteyn首次提出宇宙中可能存在“暗物质”。一些现代科学家通过各种观测和计算反复证实,暗能量约占宇宙的73%,暗物质约占23%,普通物质仅占4%,这表明人们认识到宇宙只占整个宇宙的4%。

65438 2005年10月25日,李政道在清华大学的演讲中指出,20世纪初科学技术最大的谜团是暗物质和暗能量。暗物质存在于人类已知物质之外。人们知道它的存在,却不知道它是什么。其成分也不同于已知物质。

基于人类文明史长河中许多著名伟大的思想家和科学家的理论和思想,以及现代物理学和天文学的研究,尽管关于以太或暗物质的特性还有许多认知盲区和困惑,但完全可以确信,一定存在更高层次或更高维度的由以太或暗物质组成的我们人类可以直接观测和探索的物质。

现代量子物理科学的波澜壮阔的发展也客观有力地证明,在非常微观的量子空间中,微观量子的运动也非常明显地不同于常规或宏观物质空间中物质的运动形式和相互作用机制。

这些都可以证明在这里建立的“层次空间论”这一科学理论的价值和现实思想意义。

参考资料:

[1]韩震主编,2017:西方哲学导论,北师大出版社。

[2]百度百科:《以太词条》,作者,曹长奇戴念祖。

[3]中国大百科全书(第二版)物理学词条:以太,中国大百科全书出版社,2009-07。