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时间与空间是什么

(2012-04-23 09:30:00)
标签:

时间

空间

时空

量子力学

相对论

时间的本质

杂谈

                    时间与空间是什么

作者:天津滨海新区李新民

引言                                            

尽管人类已经发展到了信息和航天时代,可是人们对时间和空间的认识还停留在一千多年以前的水平,时间和空间到底存在不存在,时间和空间到底是什么,一千多年来,人们一直苦苦追问。人们对时间和空间的困惑是现代科学探索迷茫与混乱的主要原因。时间和空间问题是挡在科学理论发展道路上的两座高山,不逾越这两座高山科学就无法向前发展。 二十一世纪无疑又是一个科学大发展的新世纪,中国人必须抓住这千载难逢的机遇,才能使中国迅速发展成为科技强国。

时间是什么,时间的产生与形成

在人类社会的早期,人们将一年分割为春夏秋冬四个季节,中国还将四季细分割为24个节气;人们将一天分割为上午、中午、下午、傍晚、午夜、黎明,中国还将一天细分为多个时辰。于是最早的时间就这样产生了,时间是社会为规范和调整人们行为的需要产生的,没有社会的需要时间就不可能产生。不然,人们各拿各自的时间行事,社会就会乱成一团。时间最主要的作用和目的是社会功能性,如果时间不唯一和统一,人们无法统一行为,无法为社会服务,社会也无法正常运转。后来,人们知道了地球有自转和公转后,人们将地球公转一周为一年,自转一周为一天的基准时长分割成为一个个大小均匀的时段(时间),时间就这样形成了,即时间形成于对地球运动时长的均匀分割。由于地球的公转和自转周期也不是绝对不变的。地球绕太阳运行的周期是365天再加上0.2422天。地球的自转也不是绝对的等于24小时。从开始使用原子钟计时的1958年算起到现在,地球自转一周的时间已经慢了33秒。为此人们就必须将原子钟计时与地球自转协调同步起来,于是人们开始制定历法来解决问题,把余额时间积累成一日、一月的时间,加到相应的单位时间内,就是通常的闰年、闰月。把时间余额近似凑整周期,才能近似消除时间的误差,从而修正单位时间以遵从自然天体的运转规律。

   将一年时长均匀地分割为365个时段,每一个时段称为天;将一天时长均匀地分割为24个时段,每一个时段称为小时;将一小时时长分割为60个时段,每一个时段称为分钟,依次类推,时间就这样形成了。将时长变成时间——时长的均匀分割(时间)离不开人类制定的时间体系和对时后走时准确的计时工具。也就是说,时间包括两部分:时间体系和对时后走时准确的计时工具。另一方面:没有时间体系钟表无法对时,钟表不对时,就是走时再精确的钟表也无法表达时间,钟表便是一块废铁。世界各个时区的原子钟与国际上公认的一块原子钟对时,各时区用此地的原子钟报时和对时,将本时区的钟表调准走时一致。即,同一个时区的钟表走时都是同时的,相邻的两个时区的钟表相差一个小时。这表现出时间是唯一的。由于对时长的分割是用30万年才误差一秒的原子钟,由时长分割出的时间已经是绝对均匀流逝的,即时间是绝对的。

时间不是与天俱来的,客观世界就不存在时间这个东西,没有人类社会的需要也就没有时间。但是时间并不完全是主观意识的产物,时间是从客观到主观的操作与抽象。动物也有所谓的“时间意识”, 这种“时间意识”是时长的感觉,动物没能力将时长分割成时间。因此,时间是人类独有的。时间是逐步产生的,时间还有一个长期完善过程,并且这个长期过程远没有停止,并将随着人类一直延续下去。远古人类有了简单的思维活动后,从白天黑夜的交替,月亮圆缺的交替,季节冷热的交替,逐步产生了日,四季,年的认识,这些都是个体对时长的感觉与认识,还没有上升到时间的概念。只有人类根据社会的需要,才能将时长分割成时间,时间才能产生。在社会没有进行统一对“时间”制定之前,任何对时间的认识都是对某种时长的感觉或经验。因此说,时间产生于社会的规范和需要。所以说,远古人类没有时间的概念,只有某些时长的感觉与经验。历法的出现标志着人类开始有了清晰的时间概念,这时的时间完全是人类通过地球与太阳的相对运动制定和认识的,这时对时长分割成的时间均匀性差,并依赖地球的相对运动,这时的时间是相对时间。钟表的出现标着时间开始走上绝对化的道路;原子钟的出现标志时间从相对时间到无限趋近绝对时间的迈进。时间的一个重要特性是时间的社会统一性和同一性。时间是社会的,不是个人的和部分的。所以说,时间是人们用地球周期运动进行计时的同一形式和统一标准,这也是时间的本质之一。即大家以同一地球运动为参考系,用同一历法,用同一计时方法和统一的标准,时间才能产生,时间才能存在,时间才能成为概念,时间才能为人类社会服务。时间依赖于地球公转周期运动和自转周期运动,来源于人类社会的制定,形成与对时长的分割。牛顿说“绝对的、真正的和数学的时间自身在流逝着,而且由于其本性而均匀地、与任何其他外界事物无关地流逝着”(引文摘录于《自然哲学与数学原理》)。牛顿对时间感觉是正确的,但是,牛顿认为"时间是客观存在的东西,无疑是错误的。宇宙并不存在时间这种东西,时间是人为的产物。那种“认为物质运动过程就是时间”的认识也是错误的。时间是以地球周期运动,经过人类操作而得到的东西,并在社会按同一标准统一执行。钟表所显示的时间必须指明是地球那个时区的时间。人类要远航到别的星球,也使用的是某个时区的时间,例如中国发射载人飞船所使用的时间是北京时间。

时间是人们从地球公转和自转运动加上人工的分割、 计时、历法、校时和报时等一系列操作,并由计时工具显示,使得时间成为一种新的绝对参考系,成为一个不依赖于任何物质运动(除地球运动及日月运动外)而独立存在的地球参考系或带有刻度的、从地球观测宇宙的标尺。我们看到年,日,时,分和秒永远精确的,均匀流逝着,我们好像感觉到有一个不变的时间速度在我们身边流过。时间是人类发明和制定的,是绝对的时间。钟表是用来计量时间的,钟表是机械运动过程,虽然钟表在时间的制定过程中起到关键的作用,但钟表不是时间。钟表有快有慢,不同地点,不同环境,钟表的走时是不一样的。钟表还和速度,温度,质量和引力有关。但是,时间永远均匀流逝,时间只有用对时后走时准确的钟才能表现出来。由于外界环境影响钟表的运动和快慢,这时的钟表已不能表达时间了。时间是用地球环境下的、对时后、走时准确的钟表来表达的,其他钟表不能表达时间。人类有无数个钟表计时,然而世界上没有两块走时一样的钟表,时间的流逝好像时间背后有一块绝对准确的钟表与时间同步运动着,世界上所有的钟表都向此钟表看齐或对时。这个背后隐藏着的、所有钟表都与它对时的报时系统就是时间的标准统一体系。

以上我们解读了时间,回答了“时间是什么”这个千古问题和追问,并以此可以鉴别物理学时空理论及有关包含时间的物理理论的真伪。年,天和秒时间的前后就是周期顺序数的前后,表现为自然数的前后顺序。时间的流逝是地球周期过程的流逝。宇宙中有无数个不同的个体,人们不可能建立和描述所有的个体的时间。人们建立的时间概念,为在地球不同区域和环境观测宇宙建立了一个平衡稳定的,均匀流逝的一维绝对坐标轴。个体运动因环境的不同而不同。平衡稳定和非平衡稳定运动系统表现的是时长的长短与快慢。这些时长都是通过人类制定的时间或钟表计量的,没有对时后走时准确的钟表,我们根本无法知道其他物体运动的时长与快慢。特别是温度决定分子运动速度,温度越高,分子平均速度越快,表现为个体运动耗用时长短;反之。个体耗用时长就长。冷冻保鲜,低温延长生物生长周期等就是这个道理。环境和人为因素可以改变或控制个体运动耗用时长的长短。例如,加热和催化剂能增加化学反应的速度(耗用时长短)。时间是绝对时间,其他的所谓“时间”指的都是时长,物理学中的时间指的就是时长或是用钟表计量的时间。时间是状态物理量,但很多物理学中的“时间”是强度物理量。现代物理学把时间和空间紧密地联系在一起,认为时间是空间的,空间也是时间的,时间与空间永不可分割。宇宙空间是存在状态,时间也是状态物理量,所以时空也是状态物理量。在相对论中,光速不变是状态物理量、等效原理是强度物理量等效、时间膨胀和空间收缩是强度物理量效应。所以,相对论时空是强度物理量时空。因此,相对论是不真实的。人们只有用时间作绝对参考系,才能描述世界,才能认识世界,才能建立真正的科学。任何时空理论中的时间是否是人类制定的那个时间,是鉴别时空理论真伪的试金石或降魔棒。
   
因为宇宙中的一切包括真空都是运动的,这些运动都不是惯性运动,所以,人类无法也根本找不到运动体的绝对参考系。但是,人们可以根据稳定的地球周期运动体体系,利用钟表和原子振动周期数建立一个从地球观测宇宙运动的绝对参考系——时间。时间不是位移的绝对参考系,而是运动过程间隔和周期顺序的绝对参考系,即时长长短的绝对参考系,是运动过程的绝对参考系。所以,时间表现为均匀增大的数字。因此,时间可以做为函数的自变量,任何运动或理论不能改变时间均匀增大的这种本性。到目前为止,时间是我们人类唯一的可以依赖的绝对参考系。时间的流逝是地球运动过程的持续,感觉时间在流逝就是地球运动过程在持续。运动过程的快慢,决定了个体运动耗用时长的长短。每个人有每个人的时长--生物钟, 这些都不是时间。人们至今对时间说不清道不明就是在于人们不知道,也根本不相信:“通过地球相对运动的绝对化处理,地球相对运动参考系就可以变成绝对参考系了”。这可以成为一条物理学原理:“对相对运动周期数和周期顺序数的绝对化处理可以成为运动过程的绝对参考系”。

三 空间是什么,空间与物质的关系

我们知道:振动和声可致发光;我们可以看到通过万有引力,月亮绕着地球运转,九大行星绕着太阳转;天体之间、星系之间都有规律地运转着。在原子内部,电子和质子依靠电磁力有规律地运转着;质子和质子依靠核力维系着原子核;热和各种辐射在真空中也能传播等,所有这些暗示着空间充满某种物质形式。两束光相遇互不影响,预示着光是由空间形式的物质激发产生的。即,光源激发空间形式物质使之产生光。两个天体依靠万有引力运转着,预示着万有引力是通过空间形式物质维系的。同样,微观粒子也是依靠空间形式物质维系它们的运动与结构的。

物质粒子存在于运动之中,不存在静止不动的粒子,再根据物理学中的“物质时刻不停地向外放出热辐射”,可以得出推论:“物质存在于空间形式的物质中,物质就运动;物质运动就会使空间形式物质转变成光或热辐射等”。这样,空间是什么,空间和物质是什么关系我们就有一个大致的轮廓。

空间我们看不见摸不着,并渗透到各个层次的物质结构中,种种物理现象表明,空间形式物质对物质结构来讲是超流体。光和热辐射不是超流体,而空间形式物质是超流体,这证明空间形式物质较光子小几个数量级。因此,以光和热 为主的系统热力学的热膨胀系统,引力表现不突出。例如,太阳表面完全表现的是热膨胀力,距离太阳一定距离才能呈现引力的作用。空间“蒸发”光和热 ,如同水蒸发成气体一样。由此我们可以这样描述:“空间是由远小于光子大小的粒子组成的,组成空间的粒子是光和热的未激发态粒子”。定义:组成空间的粒子称为基态粒子或真空称为基态空间。这样我们就得出重要的推论:光不是光源发出的,而是光源激发背景空间(基态空间),由背景空间发出的。所以,光速与光源运动与否无关。光是光源背景空间产生的,因此光速与惯性系有关,不同的惯性系有不同的光速。由此我们很简单地否定了“狭义相对论的光速不变原理”。

物质与空间的关系是:物质运动激发基态空间,使基态粒子转化成激发态粒子或激发态空间,例如激发成光和热。物质不可能总是激发基态空间转化为光和热,不然基态空间早就变成真实的真空了,同时宇宙早就充满光和热了。由此我们可以得出推论:“基态空间与光和热可以相互转化,或基态粒子与光和热可以相互转化”。也可以叙述为:“基态粒子与激发态粒子可以相互转化”。基态空间一部分基态粒子转化为光和热,就使得基态空间产生势差。由此我们可以这样描述:物质使周围区域的基态粒子转化成激发态粒子的光和热,使得以物质为中心的基态空间产生球对称的势差,由此产生万有引力。即以物质为中心的基态空间产生球对称的收缩。基态空间如同大海,光和热如同被蒸发的水蒸气。在物质的作用下,宇宙空间如同地球的雨水系统一样,在不断地蒸发与降雨的循环中。宇宙微波背景辐射如果是全宇宙的,那么可以断定宇宙微波背景辐射是光和热等辐射转化趋于基态空间或基态粒子的稳定饱和形式,就像待降雨的云层。由于光和热具有热膨胀性质,3K不变的宇宙微波背景辐射可以证明宇宙大小是有限和不变的。

物质激发基态空间,部分基态粒子转化为光和热等辐射,光和热在运动中自由膨胀衰减,并衰减成宇宙微波背景辐射,宇宙微波背景辐射逐渐转化为基态空间。中国的太极阴阳鱼能很形象地描绘宇宙空间阴阳物质相互转化的。阳鱼代表激发态粒子,阴鱼代表基态空间或基态粒子。

以上描述不但回答了“空间是什么”这个千古问题,同时也回答和解决了“物质永恒运动之谜”;万有引力和核力之谜;使得物理学众多困惑得到解决。在天文学方面,几乎全部理论面临改写的境地。例如,恒星发光,是星体内部的热辐射产生的。地球质量大小的星体的热辐射使球体内部物质热化成液体;太阳质量大小的星体使其内部液化,星体表面汽化和粒子化。这也说明宇宙不可能存在超大质量的星体或恒星。

科学的两大基础是相对论和量子力学。由于相对论直接是由光速不变推导出来的,根据光是背景空间激发并发出的,就此顺理成章地推翻相对论。另外由于量子力学的重要性,并与时间和空间密不可分,我们有必要简单地谈谈量子力学是什么。

解读量子力学

自量子力学诞生以来取得巨大的成就和应用,然而量子力学是什么和量子力学诠释等问题一直是科学家探索的重点。科学家对量子力学认识不清主要来源于对“波粒二象性”的认识。物理学家认为:“客观存在质点波动前进的波动,例如水波、声波、机械波和光波等”。然而,不论是水波、还是声波都不是质点波动前进的。声波质点是上下拽移的,声波和机械波的质点是在原点振动的,光波的质点是在线前进的,它们根本没有波动前进的物理图像。在基础物理学中我们知道:“单摆不是波动,而是摆锤的左右摆动。但是,单摆的运动是用波动是图像来描述的。物理学中的所有波都是由简谐波描述和给出的,而简谐波是数学图像不是物理图像。也就是说,所有的周期运动和振动都可以转化成简谐波进行描述。量子力学是将带有质量、动量、能量等物理量的德布罗意波带进经典简谐波的,这是量子力学的本质和实质。量子力学是通过德布罗意波打开宏观与微观的对话,德布罗意波是进入微观的桥梁和通道。

我们是通过本质认识世界的,还是通过信息认识世界的。这不是一个荒唐的问题,而是摆在物理学面前的现实问题。自20世纪80年代末开始,美国等西方一批物理学家出现了这样一种对量子力学的认识:既然量子力学可以处理信息,那么反过来,用信息是否能去解读量子力?现在,这一思想不断的得到充分的发展。现在的目的,不是对量子力学加以诠释,而是要重新创立量子理论;要证明和找到量子理论与信息之间的关系,找到量子力学是如何获得物质信息的。这是西方量子力学研究的一大方向,而中国量子力学意识丝毫没有转变,在量子力学的传统应用方面仍然投入大量人力物力。 20058月,德国康斯坦茨大学出资邀请了50多位美国、加拿大、英国以及意大利、法国和澳大利亚的理论学家和哲学家来参加一个为期一周的会议。他们都是微观物质运动规律研究领域的顶尖专家。他们讨论的中心问题是:物理学为我们描绘的世界也许并不是真实的物质世界,很可能只是幻象!量子力学的诞生使得物理学家们能够深入微观物质世界的奥妙,他们为量子力学带来的发现感到惊奇,并深信量子力学就是宇宙的本质理论,认为宇宙是量子宇宙,世界是量子世界。量子力学抛弃波和粒子实体的概念,认为物体都是由一个极其复杂的代数概念——希尔伯特Hilbert空间的态矢量组成的。量子力学作为物理学领域中描述物质最深刻的理论,量子力学与我们的传统观念格格不入,难以理解甚至超出了我们的想象。量子力学的每一种诠释都是超现实的,量子态更是不可捉摸的。用超现实的量子力学诠释现实世界,世界必然是不可理解和捉摸不定的。量子力学使用一种全新的方式处理信息,我们可以用量子力学来处理信息,那么反过来,我们是否可以用信息去理解量子力学呢?这正是康斯坦茨大学会议上争论的议题。也许希尔伯特空间态矢量是传达某些物体信息的,如果这一观点成立,我们将合理地诠释量子力学。西方多位物理学家承认:从信息的概念出发,能推导出量子理论。这证明量子力学不是物质世界的原理理论,而是窥看物质世界的方法——一种获得微观物质世界信息的方法论。他们中有的甚至认为:物理学的任务在于对事物进行描述,而不在于求证事物背后的真实性,也不管这种真实性是否存在。这是把理论当成工具,用工具探求世界的本源,而不是用理论。工具主义是否能占领物理学,还无法得到定论,但还是引起了科学界的反响。他们承认,量子力学不能描述物质的本性,它只能告我们信息。我们只能通过信息去了解世界。物理学不只是一种本质论,它还应该是一种方法论,物理学还应该是以什么方式去解读我们了解的东西。主观观测和客观互动之谜,超时空传送之谜,波粒二象性之谜,不确定原理之谜,量子态之谜,非定域之谜,波函数之谜,量子纠缠之谜等一直笼罩量子力学。如果量子力学是通过信息解读世界的,那么这些之谜很容易理解。量子力学的核心——波函数与无线电技术的简谐波函数有同样的数学形式与相似的操作过程。笔者认为 量子纠缠是数学纠缠,是信息纠缠。波函数是数学函数,它们都不是物理的。在量子力学中,海森伯不确定关系,动力学算符,波函数和薛定谔方程都含有德布罗意波的物质信息和经典波函数的周期振动性质。从数学上讲,量子力学波函数和方程同经典波动力学没有本质的区别;从物理上讲,量子力学波函数和方程携带有粒子能量,质量和动量等信息,而经典波动力学则不带有这些信息。这些信息是通过德布罗意数学简谐波函数相结合带进量子力学的。量子力学理论体系的真正确立是由德布罗意波的引入开始的,德布罗意波将物质的部分信息带入波函数,这时量子理论体系具有了力学的基本性质。这时动力学变量,算符和方程都赋予了物质粒子的动力学性质,从数学变换转化成物理作用。德布罗意波沟通了宏观与微观的对话,德布罗意波将信息输入微观粒子,通过波函数和量子力学方程读取这些信息的,从而形成量子力学。

 

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