黑暗之魂2刷洛耶斯骑士:时空关系的系列文章

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关于时空关系的系列文章

                张大军

 

一、时间和空间的本质是物质。传统的时空观的局限性

时间是物质运动的持续性、顺序性。所谓持续性,是指任何一个物体的运动都要经历一个或长或短的过程。例如,银河系约以每秒600公里的速度在宇宙中运动,太阳带领太阳系的行星绕银河系旋转一周要2亿年。微观粒子中的π介子从产生到衰变只有1亿亿分之一秒。无论它们运动的时间多么长或多么短,都有一个持续的过程。即便是每秒计算上亿次的电子计算机,也还需要运算时间。从人类当前的科学技术水平看,还制造不出不需要计算时间的计算机。所谓顺序性,是指不同事物之间运动过程的出现有一个先后顺序的关系。我们习惯于看到的阳性物质世界,时间总是一维性。它表现为一个物体运动的持续性可以用一个数表示出来,时间箭头总是朝着过去、现在和将来一个方向发展,往往具有不可逆性。时间既然是物质运动的持续性、顺序性,就可以把它看成是物质的一种存在方式,是物质在运动中表现出的外部特征。没有物质及物质的运动,就没有时间。时间是随着物质的存在而存在,随着物质的运动而表现出它的持续性、顺序性来。可以说,没有物质是不运动的,也没有不运动的物质,而物质只要存在、只要运动,就有时间相伴随。如果说物质不存在了,运动就停止了,时间也就消失了。物质、运动、时间是紧密地联系在一起的。因此,时间的本质是物质。讲时间的本质是物质,时间是物质的,不太容易使人接受;如果换一种思维,认为它不是物质,那是什么呢?是什么东西伴随着物质的运动呢?有人说可能属意识范畴的东西,但意识的本质也是物质,这个我们在以上已作过论证。还有人说,是否和人的影子一样。如果和人的影子一样,就类似于物质的镜像物,那就是反物质了,反物质也是物质嘛。所以,无论作怎样的假设,时间的物质性都是否认不了的。只不过我们不能用常规的思维去看待时间这种物质,它是物质,但又是具有持续性和顺序性表现形式的物质。

讲到时间的物质性,还可以用马克思对流通中商品的包装、运输性质的界定作一个分析比较,由此启发我们更深刻地认识这个问题。马克思在《资本论》第二卷中指出,流通过程并不创造价值和剩余价值,只是实现价值和剩余价值,但流通中对商品的包装和运输却依然创造价值和剩余价值。为什么呢?可以把流通过程中对商品的包装、运输,看作生产过程的延续。[i]要看作生产过程的延续,就是生产过程,因而对商品的包装、运输就创造价值和剩余价值。由此推之,时间作为物质运动的持续性和顺序性,它就是物质在运动中的延续。物质在运动中的延续仍然是物质。马克思在那里说的生产,是流通中包装和运输性的生产;我在这里说的物质,是运动中时间性的物质。虽然这二者不是同一事物,比喻起来也并非完全恰当,但就逻辑推理来说,却是严密的和无懈可击的。我想,关于时间的物质性、时间的本质是物质的问题,是不应该再有更多的疑问了吧!

空间是物质的广延性或伸张性。所谓广延性或伸张性,一般是指客观事物所具有的一定的长度、宽度和高度。也就是物质在运动中所具有的上下、前后、左右等伸张的性质。物质的空间特性平常以两种形式表现出来。其一,表现为一定的体积;其二,表现为一定的位置。空间和时间一样,都是物质在运动中的存在方式,只要运动中的物质存在,它就有时间的持续性,同时又具有空间上的广延性或伸张性。因此,对于空间,仍然可以看作是物质在运动中的一种延续,只不过这种延续,同时间的延续在表现形式上有些不同而已。时间的延续,是直线式的,空间的延续是扩张式的。它们一起以不同的延续方式,伴随着物质永无休止地运动着。既然时间是物质在运动中的延续,它是时间性的物质,本质上仍是物质;那么空间作为物质在运动中的延续,它就是空间性的物质,本质上也是物质。

认识时间和空间的物质性对于我们进一步探讨它们的畸变性具有十分重要的意义。否则根本无法解释在条件改变的时候时光停滞、倒流和空间曲率变小的原因。但是由于传统的时空观的局限性,在很大程度上束缚了人们对时空问题的进一步探索,出现了思想僵化的情况,现在实在是需要换脑筋了。传统的时空观的局限性主要表现在以下几个方面:




[i]参见马克思:《资本论》第2卷,人民出版社,1975年版第154~170页。

关于时空关系的系列文章(2)

(2007-01-02 10:41:13)转载  

 (1)只描述出时间和空间的一般表现形式,否认时间和空间的物质性。翻阅所有的哲学著作,对时间和空间所下的定义几乎都是一样,但却回避了对于时间和空间的物质性的探讨。回避了关于时间和空间是物质的这个根本问题,却转而批判康德等人认为空间、时间是头脑中固有的“先天形式”的唯心论,就显得苍白无力,不能令人信服。其实这是现在哲学界的通病,也是“文革”遗毒没有彻底清除的一个表现。

(2)只承认时间是一维的,时间总是朝着过去、现在和将来一个箭头发展,否认时间可以停滞,甚至时光倒流。我们先看看史蒂芬·霍金的下列论述:“对于宇宙的未来其关键问题在于:平均密度是多少?如果它比临界值小,宇宙就将永远膨胀。但是如果它比临界值大,宇宙就会坍缩,而时间本身就会在大挤压处终结。”“白洞是黑洞的时间反演。”[i] “收缩相仅仅是膨胀相的时间反演。”[ii]霍金在这里讲了时间的终结及时光的倒流问题。至于时光的停滞也是可以做得到的,例如,在时光的前进和倒流恰好处在临界点,就是时光的停滞。尽管它可能只是一霎那,但也是时光的停滞。根据爱因斯坦的相对论,认为光速是所有物体运动速度的极限,如果运动速度超过光速,便会引起时光倒流,爱因斯坦认为这是绝对不可能的。但是现代科学的发展,则已证明有超光速的物质存在,所以时光倒流的问题已不是想象中的事情了。据我看,在阴性物质世界时光就是倒流的。只不过因为物质运动的速度起步就是超光速,速度快得非常,这种倒流的时光很快就可以正方向反映出来。这正像我们的眼睛瞳孔里反映的图像是颠倒的,但习惯却将它又重新颠倒过来一样。还有,具有特异功能的人可以用气功使花蕾开放和闭合,也是使时间前进或倒退的例证。

(3)只承认时间的完整性,否认时间的独立性、分割性、储存性。时间是完整的,正像大江大河川流不息地向前奔腾一样,但是它又具有独立性、分割性和储存性等特征。如果否认后者,就否认了人类在时间面前的能动性,人类就永远在时间面前只能充当奴隶,而没有任何作为。时间的独立性,对每个人来说都是如此,你可以独立自由地支配和安排属于你的时间,一个人生下来就具有属于自己的独立时间,死亡之后属于你的独立时间就终结了。时间又具有分割性,一年分为12个月,春、夏、秋、冬四个季节,一个月30天或31天或28天,1小时分为60分钟,1分钟分为60秒,等等,都是时间具有分割性特征的表现。至于时间的储存性,虽然现代科技还做不到直接将流逝的时光保存下来,但却可以采用其它技术手段间接地做到这一点。例如,录音机、摄像机可以把声音和图像录制下来,就表明将那一时空发生的部分事情储存了下来,储存了那一时空的音像,也就间接地将时间储存了下来,等过若干年再放当初录制的音像,又仿佛回到了原来的时空中了。

(4)只承认存在实时间,否认存在虚时间。我们还是引用几段史蒂芬·霍金的论述,霍金说:“你必须不是对发生在你我经验的‘实’的时间内的,而是对发生在所谓‘虚’的时间内的粒子的途径的波进行求和。虚时间可能听起来像科学幻想,但事实上,它是定义很好的数学概念。”“虚时间是不能和空间方向区分的。如果一个人能往北走,他就能转过头并朝南走;同样的,如果一个人能在虚时间里向前走,他应该能够转过来并往后走。这表明在虚时间里,往前和往后之间不可能有重要的差别。”[iii]我认为,霍金在这里说的虚时间,实际上就是时间在阴性物质世界的表现形式。因为在那里虚粒子以比光速还快的速度运动,按照相对论的原理,时间慢得就停滞了,甚至时光已经倒流,因此在阴性物质世界时间已不作为物体运动速度的参照物,虚粒子的空间也压缩到“无”,它所能够存在的只能是阳性物质已有的空间,虚时间就表现在阳性物质世界的空洞里。可见,虚时间的存在也是客观的。

(5)只承认空间是三维的,否认多维空间的存在。三维空间(长、宽、高)对我们人类来说是非常直观的,也是阳性物质世界空间存在的主要形式。但阳性物质世界的空间也有一维的(表现为一条直线)、二维的(表现为一个平面)以及多维的。史蒂芬·霍金说:“在非常小的尺度下,空间—时间是十维的,并且是高度弯曲的;但在更大的尺度下,你看不见曲率或者额外的维数。”[iv]这说明将空间仅局限在三维是十分狭隘的,既不符合事实,也束缚了人们的思想。从根本上说,阻碍人类向科学的广度和深度进军。

(6)只承认空间是物质的广延和伸张,否认空间曲率的变化及空间的收缩。史蒂芬·霍金说:“罗杰·彭罗斯和我证明的奇性定理显示,时空在非常小的尺度下会变成高度弯曲的。”[v]空间并不是只向外扩张,它的曲率也是变化的,例如,炮弹发射后要沿着直线穿越空间,但由于空间是弯曲的卷曲的,而不是平坦的,所以炮弹的路径就显得被弯折了,这是空间曲率(也是时间曲率)变化的原因所致。还有,空间还可以压缩,直到消失到一点。例如,将来宇宙坍缩到一个大挤压,随着时间在大挤压处的终结,空间也就消失到一点。当然这时又预示着一个新的宇宙大爆炸的开始,新的时间和空间又将产生,阴性物质世界和阳性物质世界也随之产生。生命的种子在宇宙坍缩到一个大挤压处,就只能以阴性物质高度浓缩(携带信息)到一点的形式保存下来,然后随着宇宙的大爆炸又像天女散花似的将生命的种子撒播到新的宇宙中。所以生命最初来源于阴性物质世界,是和宇宙坍缩引起时空的高度弯曲—收缩而紧密联系在一起的。

(7)只承认实空间,否认虚空间。既然存在着虚时间,也就存在着虚空间,因为时间和空间是不可分割的,它们作为物质运动的存在形式,具有类似的特征。根据爱因斯坦的相对论原理,质量总是正的,意味着时空如地球表面那样弯折,如果质量为负的,时空就会像一个马鞍那样以另外的方式弯折。而且,“由宇宙(方程—作者注)项产生的负时空曲率能抵消由宇宙中质量和能量产生的正时空曲率。”[vi]这说明虚空间(即负空间)是真实存在的,至于它的曲率和正空间曲率相抵消,那则是另外一回事。此外,物体以超光速的速度运动,质量增加而体积缩小,表明物体占有的空间也在缩小,当小到一个“奇点”时,也类似出现的宇宙大爆炸,于是质量转化为能量,实粒子转化为虚粒子,实时间转化为虚时间,实空间也转化为虚空间。也就是阳性物质转化为阴性物质,或者说,由阳性物质世界转化为阴性物质世界。




[i]史蒂芬·霍金:《霍金讲演录》,杜欣欣、吴忠超译,湖南科学技术出版社,1995年版第105、110页。

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[ii]史蒂芬·霍金:《时间简史—从大爆炸到黑洞》,许明贤、吴忠超译,湖南科学技术出版社,1995年版第136页。

[iii]史蒂芬·霍金:《时间简史—从大爆炸到黑洞》,许明贤、吴忠超译,湖南科学技术出版社,1995年版第124、131页。

[iv]史蒂芬·霍金:《时间简史—从大爆炸到黑洞》,许明贤、吴忠超译,湖南科学技术出版社,1995年版第148页。

[v]史蒂芬·霍金:《霍金讲演录》,杜欣欣、吴忠超译,湖南科学技术出版社,1995年版第55页。

[vi]史蒂芬·霍金:《霍金讲演录》,杜欣欣、吴忠超译,湖南科学技术出版社,1995年版第54页。 

关于时空关系的系列文章(3)

(2007-01-02 10:44:39)转载   来源:(http://blog.sina.com.cn/s/blog_4b9cbf490100076t.html) - 关于时空关系的系列文章(3)_张大军的博客_新浪博客

二、时间、空间的绝对性与相对性

时间、空间作为运动着的物质的存在方式是客观的,不以人们的意志为转移的;人们的时空观念不过是客观存在的时间和空间的反映。因此,时空的客观实在性是不变的、无条件的,因而是绝对的。列宁指出:“唯物主义既然承认客观实在即运动着的物质不依赖于我们的意识而存在,也就必然要承认时间和空间的客观实在性。”[i]

但是时间和空间又有相对性。它是指不同事物的时间、空间特性是受物质运动的具体特性所制约的,即它们的具体特性是可变的、有条件的,人们关于时间空间的观念也是可变的、发展的。

(1)空间、时间随着物质形态的不同而不同。任何具体的物质形态都在一定条件下产生、存在和发展,因而不同的物质形态各自有特定的空间、时间。例如,几何学是反映物质空间特性的科学,不同的几何学反映着不同物质形态的空间特性。欧几里得几何学反映的是地面上狭小范围内物体的空间特性;罗巴切夫斯基几何学反映的是宇宙弯曲空间的特性;黎曼几何学反映的是微观空间特性。这三种几何学在它们各自适用的范围内都是正确的。爱因斯坦的广义相对论认为,重力场的空间时间特性是依赖于物质质量分布的,物质的质量愈大、分布愈密、重力场愈强,则空间的曲率愈大、时间的流逝愈慢。这些都说明空间特性是依赖于物质状态的,具体的空间特性是可变的,因而是相对的。随着超微观世界也就是阴性物质世界范畴的提出,关于时间和空间在这个领域表现的特征,将是未来科学研究的内容,至少应该诞生一门新的几何学,旨在描述阴性物质形态的空间特性;还有,在相对论和量子力学的基础上产生一门全新的超微观物理学,旨在反映阴性物质世界事物的运动规律。关于时间、空间在阴性物质世界变化的特征,是这些新学科应该研究的重要内容。

(2)空间、时间随着物质运动速度的变化而变化。爱因斯坦的狭义相对论证明,空间、时间特性会随着物体运动速度的变化而变化。当物体运动速度接近光速时,物体内部变化过程的时间就会延长,沿物体运动方向的长度就会缩短。而且,空间长度变短和时间持续变长二者在数值上是相互补偿的。这种情况说明空间和时间在本质上是一样的,它们都是物质运动的不同存在方式,在一定条件下,空间和时间是可以相互转化的。那么当物体运动的速度超过光速以后将会出现什么情况呢?这就是沿物体运动方向的长度会缩短到一个点,最后消失变为“无”,它特定的空间也消失了;而物体内部变化过程时间的延长将会达到无限长,这时事实上时间也就停滞了。“虚粒子”借以存在的空间只能是整个宏观世界和微观世界(主要是粒子性、次要是波动性),也就是阳性物质世界。其运动速度超过光许多倍,时间(停滞)对它的运动已经没有多少意义,也就是说,它的速度之快已不需要用时间来计算其速度了。

总之,现有科学的发展以及未来科学的发展都将证明,时空特性和人们关于时空的观念都是可变的。那种设想与运动着的物质相脱离的、绝对不变的时间和空间是不存在的。在这方面,我们要解放思想,克服守旧、僵化的观念,用全新的时空观武装自己的头脑。




[i] 《列宁选集》第2卷,第176页。

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关于时空关系的系列文章(4)

(2007-01-02 10:47:58)转载  

 

  三、时间、空间的无限性和有限性

时间的无限性,是指物质在运动中的持续性是无限的。整个宇宙都处在运动之中,这种运动的持续性(时间)是无尽休止的。时间的有限性,是指每一具体事物的运动过程分为阶段,并有终点的。某一事物运动的持续时间终断了,其独有的时间概念也消失了。这是时间所具有的独立性和可分割性的特征的体现。空间的无限性,是指物质在运动中的广延性是无限的。整个宇宙处在运动之中,这种运动的广延性(空间)是无尽休止的。空间的有限性,是指每一具体事物在运动中的广延性有一定的限度,并且是有穷有尽、有边有际的。空间的有限性同时间的有限性一样,也是空间所具有的独立性和可分割性的特征的体现。

时间和空间的无限性和有限性是辩证的统一。时空无限性的观点同物质和运动永恒性的原理是密切联系的。物质和运动是永恒存在的,它们既不能被创造,也不能被消灭,只会永无止境地由一种形态转化为另一种形态。这种永恒存在和无休止的转化过程,就表现为时间和空间的无限性。但是,具体事物的存在却有其相对静止的一面,因而它在时空上又是有限的。例如,宇宙是无限的,但宇宙中的某一个天体又是有限的。如果将宇宙及其以外的无数个宇宙加总求和,那就是对无限的求和,结果还是无限。从这个角度再看我们所在的宇宙,它又是有限的了。我的这个理论支持了史蒂芬·霍金关于宇宙大爆炸和最后大挤压的观点,也从一个方面验证了宇宙既有起点又有终点,以及宇宙的时间和空间既有起点又有终点。可见,有限和无限是既相区别又相联系的,而且有限和无限在依一定条件(或依一定的参照物)在相互转化。

(1)无限是由有限组成的,无数个有限组成无限。每一个具体的有限事物都是无限宇宙中相互联系的事物中的一个。例如,无限的时空是由无数个有限的时空组成的,宇宙中每一具体的事物所具有的时空,都是无限宇宙中相互联系的事物时空中的一个。正是无数个有限的时空的加总组成了无限的时空,若无有限的时空则无无限的时空。

(2)有限包含着无限,无限通过有限表现出来。每一个有限的事物由于自身的运动变化,而打破自身存在的界限进入无限之中。例如,每一具体物质形态的时空是有限的,而整个宇宙的时空则是无限的;整个宇宙的时空的无限性,是通过有限的具体的物质形态的时空特性表现出来的,它就存在于各个具体事物的有限的时空之中。

(3)有限和无限依一定条件在相互转化。这种转化的条件往往表现为一定场合的不同参照物。例如,宇宙及宇宙之外的宇宙是极其广大的,发展是无限的,运动是无限的,时空也是无限的。我们所处的宇宙与宇宙之外的宇宙的广大和无限相比较,则物质的运动是有限的,时空也是有限的。但我们所处的宇宙与现实居住的地球及太阳系的行星相比较,宇宙都是无限的,运动是无限的,时空也是无限的;而地球及太阳系的行星则是有限的,运动是有限的,时空也是有限的。这就是说,在一定的场合的无限的时空,而在另一一定场合就变为有限的时空,反之亦然。

用辩证的观点看待时空的无限性和有限性,在理论上和实践上有着重要的意义。在理论上坚持辩证唯物主义的时空观,是坚持辩证唯物主义世界观的必要条件。正因为时空的发展是无限的,绝对的,人类对于时空的认识和探索就永远没有穷尽,科学的进步也就没有止境。随着科学的发展,人类对于时空的认识将会从必然王国进入到自由王国。也正因为时空对每一个具体的事物运动来说,又是有限的,相对的,人们就得珍惜自己的生命度过的每一分钟,在有限的生命旅程中生活得更有价值。在时空的无限性和有限性的矛盾中,我们更加看重时空的有限性,因为非如此,而不能认识生命对于我们每个人的短促和宝贵,因而可以使我们在繁杂喧嚣的人世中始终保持清醒的头脑,抓住机遇,建树自己,发挥自己的聪明才智,为人民做出更多的贡献。至于象有的著作中说“如果否认时间、空间的无限性,主张时间、空间有限论,就必然引出一个超时空、超现实的神灵世界,给宗教神学和唯心主义留下地盘。”肖明主编:《哲学原理》,经济科学出版社,1994年版第48页。实在不敢恭维,真不知道这个结论是如何得出的。翻一翻宗教学著作,所谓的神灵世界及宗教神学也并不是由时空有限论产生的。“上帝是不死的”,就不是时空有限论嘛。如果按照某些人的观点,我们每个人都生活在自身有限的时空中,我们不也是处在神灵世界和笃信宗教神学了吗?但是信神和笃信宗教的人只是人类中的一少部分,可见这个推理无论从那一个角度说都是不严密的。

掌握辩证唯物主义的时空观,对于我们建立社会主义市场经济体制和加快现代化建设有着重要的意义。由于时间和空间是运动着的物质存在形式,具有无限性、客观性、绝对性,而改革和建设总是在一定的时间和空间中进行的,这就要求我们无论深化改革和加快建设,都要有时间和空间的观念,不可脱离实际而陷于想入非非之中;又由于时间和空间是有限的,具有相对性,这就要求我们注意改革深化的力度,以及建设的规模和速度,特别是在科学技术迅速发展的条件下,我们生活的地球空间相对缩小了,时间节奏加快了,就要求我们在改革和建设中适应新的时空变化的特点,进一步解放思想,不失时机地为社会主义及人类的进步事业做出更多的贡献。

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关于时空关系的系列文章(5)

(2007-01-02 10:53:42)转载  

四、时空观念的更新—关于虚时间和多维空间的问题

什么是虚时间?虚时间是相对于实时间而言的,是指用虚数测量的时间(虚数是-1的平方根的倍数),或者说方程式中的时间变量被当作虚数处理的思想。史蒂芬·霍金对于虚时间的描述是这样的:“如果人们处理在所谓的虚时间里,而不是在通常的实时间里的历史,那么求和就更容易些。虚时间是一个很难掌握的概念,它可能是我的书的读者觉得最困难的东西。我还由于使用虚时间而受到哲学家们猛烈的批评。”“你可以把通常的实的时间当成一根从左至右的水平线。左边代表早先,右边代表以后。但是你还可以考虑时间的另一个方向,也就是书页的上方和下方。这就是时间的所谓虚的方向,它和实时间夹直角。”“在虚时间中发生的东西可被计算出来。……如果你知道宇宙在虚时间里的历史,你就能计算出它在实时间里如何行为。”[i]

根据霍金的论述以及我们的最新研究,可以把实时间和虚时间用坐标图表示如下:(省略)

图中横坐标右方向表示实时间,属于阳性物质世界的时间,纵坐标下方向表示虚时间,属于阴性物质世界的时间。而坐标圆点O,则表示实时间和虚时间的临界点,也是阴阳两个世界的临界点。从物质的运动速度来说,坐标圆点O即是光速的极限。

因此,整个物质世界的时间可以分为三种类型:一是实时间,它是阳性物质世界的时间;二是虚时间,它是阴性物质世界的时间,虚时间也可以看作是实时间的反时间,是实时间正箭头方向的负方向,是时光的倒流;三是停滞的时间,是介于实时间和虚时间的临界处,即图5上的坐标圆点O,停滞时间虽然可能只有一霎那,但它却是客观存在。至于在实时间、虚时间和停滞时间的本身,时间可能还有多种表现方式,此处就不再详加考究了。

我们平常所处的空间是三维的,是否还有三维以上的多维空间呢?这是需要认真研究的问题。三维空间,是指长、宽、高构成的空间。其实如果长、宽、高这三个数字都是零的话,即是零空间,零空间就是空间业已压缩到“无”的空间。如果长、宽、高其中有一个数字是零的话,便构成二维空间,二维空间是一个平面;如果长、宽、高其中有两个数字是零的话,便构成一维空间,一维空间是一条直线或一个点。

火车在铁轨上奔驰,火车司机在行车时的观察是一维的,火车也是一维行为者。在火车司机看来,铁路前方有一个断点,火车则无法通过,因为火车的行动无法与此一维空间规律相对抗。但二维行为者(如一只仅能平爬的甲虫)却只要绕过断点就自如地通过了。甲虫作为二维行为者,它可以在左右前后的平面上跑动,不像火车只能在一条直线上运动,其活动空间比火车多了一维。但甲虫如在活动中遇到一堵平滑的挡板则无法通过,因为甲虫的行动无法与此二维空间规律相对抗。但三维行为者(如一只会蹦跳的小狗)却只要一跳就越过了。小狗作为三维行为者,它可以在左右前后和上下的立体空间活动,不像甲虫只能在平面上活动,其活动空间比甲虫多了一维。我们人类也是三维观察者和行为者。我们在空间问题上其活动能力还只有一只小狗的本领,仅仅比一只甲虫前进了一步。那么作为宇宙的精灵的人类,其活动范围能否进入三维以上的空间从而使自己认识世界和改造世界的本领更大一些呢?我认为是能够的。     其一,三维以上的多维空间(或曰四维以上的多维时空)确实存在;其二,现有的文献资料记录了一些高功夫的气功大师表演的隐身术,则是由于进入了四维以上的时空的原因。这方面的资料很多,此处不再列举。

关于四维以上的多维时空,史蒂芬·霍金是这样论述的:“在非常小的尺度下,空间—时间是十维的,并且是高度弯曲的。”“多于三维的空间维数也有问题。两个物体之间的引力将随距离衰减得比在三维空间中更快。(在三维空间内,如果距离加倍则引力减少到1/4。在四维空间减少到1/8,五维空间1/16,等等。)[ii] “这种辐射要么把时空卷曲得如此之甚,以至于不可能在时间中倒退回去,要么使时空在类似于大爆炸和大挤压的奇性处终结。—将时空卷曲得如此之甚表明是四维以上的多维时空—引者注)”[iii]

霍金的上述论述告诉我们,四维以上的多维时空,是在非常小的尺度下且高度弯曲的,这和我们的推理完全一致。其一,物体在以接近光速的速度运动,体积变小、时间变慢、质量增加。体积变小即空间变得弯曲。其二,物体在以超光速的速度运动,体积变为“无”,它以虚粒子的形式存在,只留下能量。但变为“无”之后原来物体的体积的镜像物依然存在。或者说,这种镜像物业已跳出了卷曲得成了“无”的多维空间,又重新回到了四维时空中。

那么从四维以上的多维时空再来看我们人类所处的四维时空是个什么样子呢?数学家通过复杂的运算及证明,现实生活中封闭的三维空间像一个球面,也只不过是四维空间中的一个柱面—一个有开“口”的柱面。如若将三维空间放在五维、六维甚至十维以上的空间中,它也只不过像一个多处开“口”的平面了。所以,人类只有当科学发展到可以从四维时空自由地进入到四维以上的多维时空,才算真正达到自由和全面发展的境界。

在这里我还想讲一点关于数学、哲学和人的思维高度之间的关系。数学是自然科学中的基础学科,或者说是自然科学的母科学。数学家总是以超前的思维和严密的推理、运算,把人类认识世界的能力不断推向前进,紧随数学之后的才是各门科学的发展。在人类的科学发展史上,似乎总是各门科学家在追赶数学家,而数学家总是义无反顾地领头跑在最前边。凡是数学家所能涉及的领域,都是各门科学家以自己独立的专门研究所能达到的领域。数学家在科学的跑道上跑得越远,甚至他把其它学科的专门家在跑道上拉下的距离越长,人类科学的未来希望就愈大,成绩将会愈加辉煌。哲学家是以哲学语言,或者是以逻辑推理的语言,抑或是以辩证法的语言来论说和描绘未来的世界,他同数学家的不同之处仅仅在于不是用数学语言描述和预测世界。但哲学家却有高于数学家一筹的地方,这就是他可以及时将数学(或其它学科)的最新研究成果的精华部分,加以概括或提炼,将其抽象出一般的普遍性的规律,用以指导数学和其它学科的进一步发展。当然我排除了那些只会重复别人陈旧观点的蹩脚的哲学家,正像也应该排除其它各门学科中的平庸之士一样。因此,我认为一个有作为的哲学家(像亚里士多德、弗兰西斯·培根、笛卡尔、卢梭、康德、黑格尔、马克思),他的思想对人类的影响是长久的,对人类进步事业的推进是无法估量的。无论数学家的公式推导还是哲学家阐明的事物内部法则,都表明了人类在一定时空条件下达到的思维高度。数学或哲学只不过在用不同的语言和方式将其表示出来而已。人类思维所能达到的高度,受当时当地科学发展水平及大脑结构和功能的制约。人脑在本质上是一个接受和发射宇宙信息及自动调节其变化频率的精密仪器,宇宙是无限的,宇宙之外的宇宙的加总也是无限的,其包含的信息也是无限的,那么人脑这种精密仪器认识(接收、提取)这一切也是无限的。而人脑本身在这一切过程中,将会变得越来越发达,越来越精巧。

因此,我的结论是:凡是人类思维能够达到的高度,都是科学将要发展的高度,也是人类未来进入目的地的高度。又因为宇宙及宇宙之外的宇宙加总是无限的,时空是无限的,其信息量也是无限的,那么人类认识世界的能力也是无限的;正因为人类的思维能够达到的高度是无限的,科学发展的高度是无限的,人类将来进入的新的境界也一定是无限的。

来源:(http://blog.sina.com.cn/s/blog_4b9cbf490100076v.html) - 关于时空关系的系列文章(5)_张大军的博客_新浪博客


[i]史蒂芬·霍金:《霍金讲演录》,杜欣欣、吴忠超译,湖南科学技术出版社,1995年版第59、60页。

 

[ii]史蒂芬·霍金:《时间简史—从大爆炸到黑洞》,许明贤、吴忠超译,湖南科学技术出版社,1995年版第148页。

[iii]史蒂芬·霍金:《霍金讲演录》,杜欣欣、吴忠超译,湖南科学技术出版社,1995年版第110~111页。

 

来源:(http://blog.sina.com.cn/s/blog_4b9cbf490100076v.html) - 关于时空关系的系列文章(5)_张大军的博客_新浪博客

关于时空关系的系列文章(6)

(2007-01-02 10:57:32)转载  

五、冲破被爱因斯坦禁锢的时空观

1905年,爱因斯坦发表了狭义相对论,指出物体运动中的时间和空间是不可分离的,正如上下、左右和前后一样,将来和过去也仅仅是在称作时空的某种东西中的方向。人们只能朝时间将来的方向前进,或者说沿着和时间成一个小夹角的方向前进,因而时间总是以不同的速率流逝。按照狭义相对论的观点,光速(约每秒300,000公里)是物体运动的极限,而且光速是不变的。每个人都有自己单独的时间,这些时间可以用各自携带的钟表来测量。如果相对运动得很慢,则由这些不同的钟表测量的时间几乎完全一致,但如果有人高速运动,例如以接近光速的速度运动,则测量的时间就会有重大差别,他的钟表就会走得很慢。

狭义相对论把运动着的物质的时间和空间合并到一起,但是时间和空间仍然是事件在其中发生的一个固定的背景。人们能够选择通过时空运动的不同途径,却不能够修正时空背景本身,这是狭义相对论的缺陷。1915年,爱因斯坦又提出了广义相对论,指出引力不仅仅是在一个固定的时空背景里作用的力,而且引力是由在时空中物质和能量引起的时空畸变。例如,地球要沿着直线穿越时空,但是由太阳质量产生的时空曲率使它必须沿着一个圆圈绕太阳公转。类似地,光要沿着直线旅行,但是太阳附近的时空曲率使得从遥远恒星来的光线在通过太阳附近时被弯折。广义相对论告诉我们,时空不是平坦的,它被在其中的物质和能量所弯曲。

爱因斯坦原始的广义相对论方程预言,宇宙不是膨胀便是收缩,但是他却同时又相信宇宙是一个以同样状态永远继续的模型,于是就在方程中额外加了一项—宇宙项。这个所谓的宇宙项具有引力的排斥效应,把宇宙中的质量和能量与时空曲率相联系,用宇宙项的排斥力去和物质的吸引力相平衡,也就是由宇宙项产生的负时空曲率抵消宇宙中质量和能量产生的正时空曲率,使宇宙成为一个永远平衡的静止状态。但是,1929年埃德温·哈勃发现了红移现象,[i]证明几乎所有的星系都在远离我们而去,不同星系之间的距离一直在增加着,证实了宇宙正在膨胀。后来爱因斯坦把他引入的宇宙项,称作是“我一生中最大的错误”。

但是不管有没有宇宙项,物质使时空向它自身弯折的事实仍然存在。物质的引力使时空向它自身弯折达到一定程度,就会使自身从宇宙的其余部分割裂开来,于是这个区域就会坍缩为黑洞,[ii]物体可以落到黑洞中去,但没有东西可以逃逸出来。要想逃逸出来就得比光旅行得更快,而这是相对论所不允许的。黑洞中的物质被俘获住,坍缩成非常高密度的未知状态。爱因斯坦为这种坍缩深深困扰,并且一直拒绝相信这是事实。

直到20世纪60年代,史蒂芬·霍金和罗杰·彭罗斯在证明了若干定理之后,使爱因斯坦原始的广义相对论所预言的事情才清楚地呈现出来。霍金指出:“时空向它自身弯曲的事实表明,必须存在奇性,也就是时空具有一个开端或终结的地方。它在大约150亿年前的大爆炸处有一个开端,而且对于坍缩恒星以及任何落入坍缩恒星留下的黑洞中的东西将达到一个终点。”[iii]

爱因斯坦提出的广义相对论引起了物理学界的一场革命,其意义是不言而喻的。但是广义相对论却不能预言宇宙在大爆炸处应如何启始。这表明广义相对论并不是一个完整的理论,它必然要为一个更新的理论所代替,或者说这个新理论是在广义相对论的基础上对它的扬长避短,同时又有新的发展。这个新理论包括普郎克—海森堡量子力学原理、霍金的宇宙大爆炸和大挤压理论及黑洞学说,等等。

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[i]红移,指由于多普勒效应,从离开我们而去的恒星发出的光线的红光。

[ii]黑洞,指空间—时间的一个区域,因为那儿的引力是如此之强,以至于任何东西,甚至光都不能从该处逃逸出来。

[iii]史蒂芬·霍金:《霍金讲演录》,杜欣欣、吴忠超译,湖南科学技术出版社,1995年版第55页。

 

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关于时空关系的系列文章(7)

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下边我们对爱因斯坦的相对论原理及其局限性再作一点分析,以便能够在理论上进一步突破他所框定的时空观。

例如,两列火车的速度分别为V1和V2,它们的相对运动合成速度V,分别为V1+V2和V1-V2。将它们合起来,就成为经典物理学中著名的速度合成公式V=V1±V2

但是,如果火车的速度快到以光速的速度行驶,经典物理学中的速度合成公式就不适用了,原因是光速始终是不变的。这怎么办?爱因斯坦创立的相对论解决了这个难题。在相对论里,以速度V1和V2运动的两个物体之间的相对速度V,不能再通过上面的速度合成公式求出,必须采用相对论速度相加公式,即

V=(V1±V2)/(1±V1V2/C2

其中C是光速。根据这个公式计算,以光速行驶的火车对于地面上的速度V是:

V=(C±C)/(1±C·C/C2)=C

而且,V1和V2只要任何一个以光速行驶,另一个以小于光速行驶,得出的结果总是V=C。另外,如果V1和V2两个都比C小的速度相加,其结果也不可能超过光速。

爱因斯坦的相对论速度相加公式的前提是:光速C是物体运动速度的极限。其实他的这一前提,只适合于宏观世界和微观世界的一部分(主要是粒子性、次要是波动性)物质的运动规律,如果将其扩展到一切领域来解释物质的运动规律,就以偏盖全了。其一,它没有涉及超微观世界以及微观世界的一部分(主要是波动性、次要是粒子性)物质运动问题,就是说,只正确解释了阳性物质世界的物质运动规律问题,而没有涉及阴性物质世界的物质运动规律问题。其二,科学实验以及理论研究确实证明,世界上有超光速运动的物质,说明光速并不是所有物质运动的极限。

如果火车的行驶速度接近于光速,那么去测量一把尺子的长度L1,就会发现它比日常所见的长度L缩短了不少。两者的关系式为

L1=L/(1-V2/C21/2

式中的V是火车行驶接近光速的速度,L1是被测量的尺子的长度,L是日常所见的尺子的长度,C是光速。计算的结果是日常所见的尺子缩短了许多。如果是一个正方形,也将缩成长方形,圆将变成椭圆。

与此相仿,时钟也走得慢了。例如,一件事情的发展过程原来需要花费时间为t,现在所需要的时间将增加为t1,两者的关系式为

t1=t/(1-V2/C21/2

V是物体高速运动的速度,爱因斯坦将V的速度限制在小于光速C,从而(1-V2/C21/2总小于1,结果t1总大于t。这就是说,当物体高速运动时,时间比原来变慢了。

尺缩短,钟变慢,是相对论向我们揭示的物体在高速运动时的基本特征。在高能物理学中,诸如此类的相对论效应也是屡见不鲜的。例如,实验发现,当π介子静止时,测出的半衰期是1.77×10-8秒,也就是说,在任何一个时刻存在的π介子的一半,将在1.77×10-8秒内衰变成其它粒子。而当π介子以0.99倍的光速运动时,却测得它的半衰期是13×10-8秒。这说明运动着的π介子比静止时的π介子衰变期慢多了。

物体在高速运动时,不仅尺会缩短,钟会变慢,而且质量还会增大。例如,物体静止时的质量是m0,当它以速度V运动时,质量将增大为m,而m=m0/(1-V2/C21/2。实验物理学家用仪器测到,宇宙线中的电子,当运动速度达到光速的0.9998倍时,其质量比静止时的质量大1000倍。

爱因斯坦认为,物质运动速度的极限是光速,在光速之下,将会出现尺缩短、时间变慢和质量增大的相对论效应。然而遗憾的是爱因斯坦的天才的思维到此就停止了,他始终没有向前再迈出一小步。看来问题的关键是,是否物质运动速度的极限就是光速。前面已经说过,物质运动速度的极限并不是光速,还有比光速更快的运动速度。史蒂芬·霍金指出:“不确定性原理允许粒子在短距离内旅行得比光还快。这就使得粒子和辐射能穿过事件视界从黑洞逃逸。”[i]科学家已经找到某些微波运动速度比光速还快,说明物质运动速度的极限并不是光速。那么物质运动的速度超过光速之后将是一种怎样的情景呢?

其一,物体的体积缩小,而且随着超光速的加速度,最后体积变为零存在,也就是以虚物质或者说是以虚粒子的形式存在。

其二,时间变慢。当物体运动速度等于光速时,时间停滞,超过光速之后,则出现时间倒流的情况,即是以上说的虚时间。

其三,物质质量增大,而且随着超光速的加速度,质量增大的趋向是正无穷方向。

上述物体体积缩小、时间变慢和质量增大,都是在同一时刻同步发生的,它们决不可能只有其中的一个或两个量发生变化,而另外两个或一个量不发生变化。当物质运动的速度超过光速并达到一定阈值范围后,就会出现:物体体积的缩小(压缩)和时间的倒流与质量的无限增大形成尖锐的矛盾。当这个矛盾达到不可克服的时候,就会出现物极必反的情况,这就类似于宇宙大爆炸的一刻,并将质量转化为能量,依据的质能转换公式可参照爱因斯坦的公式将其改写。

这时我们看到的情景是:物质以虚粒子的形式存在,时间是虚时间,时光在倒流,存在着高能量,它充满空间但却不占有空间。这就标志着已经由阳性物质转化为阴性物质。

那么,为什么说阴性物质充满空间而不占有空间呢?因为这时它以虚粒子的形式存在,它自身的原有空间已缩小(压缩)为“无”,并不占有空间,但是却充满空间,充满的这个空间是阳性物质世界现有的空间。因此,对于第二章2.04节中的图3在这里需要进行修正如下:(省略)

现在读者一定要问,何以来的这么大的力量可以将物体(或粒子)推动到超光速呢?这的确是个问题。爱因斯坦也正是因为疑惑这一点,所以坚持光速是物质运动速度的极限。因为根据公式m=m0/(1-V2/C21/2,物体质量有无限大的趋势,那么能有无限大的力量推动无限大的质的物体吗?这个问题可从两方面解释:

其一,在宇宙大爆炸的一刻,有足够的力量将物质运动的速度推进到超光速,于是我们上面讲到的物质以虚粒子的形式存在、时光倒流和存储着高能量等,都一并会发生。这就提示我们,在宇宙大爆炸的一刻,整个世界就分裂为阳性物质世界和阴性物质世界。因此,中国古代的阴阳学说是有道理的,《周易》中将整个世界用阴阳鱼的图案表示出来,也是有一定的科学依据的。

其二,科学目前还没有发展到可以直接将物体(离子)推进到超光速,但不等于说以后就永远达不到这一步。另外,将各种可测到的波(如电磁波等)加工到超光速的速度却是比较容易做到的,因为这些波的质量本身也已接近虚质量,那么所用的推动力也相对地小多了。我们的思维波超过光速,即是人类千百万年来在思维过程中对其加工制作的结果。

通过以上可以看出,爱因斯坦的时空观虽然比经典力学所描绘的时空观有较大的进步,但是由于科学发展的水平所限,又有很大的局限性,这种局限性主要表现在他把光速作为一切物质运动的速度的极限,从而使他永远不可能再超前迈进一步。因而他的时空观,就只能说明宏观世界和微观世界的一部分(主要是粒子性、次要是波动性)也就是阳性物质世界的时间—空间的变化规律。它不可能说明超微观世界和微观世界的另一部分(主要是波动性、次要是粒子性)也就是阴性物质世界的时间—空间的变化规律。这样,爱因斯坦就自觉与不自觉地向我们关上了去认识另一半世界的大门。




[i]史蒂芬·霍金:《霍金讲演录》,杜欣欣、吴忠超译,湖南科学技术出版社,1995年版第87页。

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关于时空关系的系列文章(8)

(2007-01-02 11:15:17)转载  

六、量子力学的时空观是由阳性物质世界向

阴性物质世界过渡的 时空观。超微时空观

1905年,爱因斯坦在发表狭义相对论的同时,还写了一篇关于光电效应现象的论文。指出光并不像人们所想象的那样以连续变化的量入射,而是以具有确定大小的波包入射,人们可以观察到单独的量子,而每一颗发射出的粒子都对应于一颗打到金属上的光量子。它解释了当光射到某些金属板上时,如果减小光的强度,发射出的粒子数随之减少但每个发射出的粒子速度保持不变的现象。爱因斯坦的上述理论,被广泛地认为是对量子理论的一个重要贡献。

其实关于光只能采取称为量子的波包形式的思想,最早是由德国科学家马克斯·普郎克于1900年提出来的。他指出,光波、X射线和其它波不能以任意的速率辐射,而必须以某种称为量子的形式发射。每个量子具有确定的能量,波的频率越高,其能量越大。这样,在足够高的频率下,辐射单独量子所需要的能量比所能得到的能量还要多,因此物体丧失能量的速率变成一个有限的值。

到了1926年,德国的另一位科学家威纳·海森堡指出,光电效应使得同时精确地测量一颗粒子的位置和速度不可能做到。原因是,为了预言一颗粒子未来的位置和速度,人们必须能够准确地测量它现在的位置和速度。显而易见的办法是将光照到这颗粒子上,一部分光波被此粒子散射开来,由此指明它的位置。然而,人们不可能将粒子的位置确定到比光的两个波之间距离更小的程度,所以必须用短波长的光来测量粒子的位置。但人们不能用任意少的光的数量,至少要用一个光量子。这光量子会扰动这粒子,并以一种不能预见的方式改变粒子的速度。而且,对粒子位置测量得越准确,所需要的波长就越短,单独量子的能量就越大,这样粒子的速度就被扰动得越厉害。换言之,你对粒子的位置测量得越准确,你对速度的测量就越不准确,反之亦然。海森堡指出,粒子位置的不确定性乘上粒子质量再乘以速度的不确定性不能小于一个确定量—普郎克常数。并且,这个极限既不依赖于测量粒子位置和速度的方法,也不依赖于粒子的种类。[i]就是说,不管你怎么测量粒子,其位置上的不确定性乘上其速度上的不确定性总是大于某个最小量。

上述光电效应使得人们不能够同时精确地测量一颗粒子的位置和速度的情况,正是微观粒子所具有的波粒二象性特征的表现。以后德布罗意、薛定谔、海森堡、玻尔和狄拉克等人逐步在此基础上建立和发展了量子力学理论。应用这个理论去解决微观粒子的问题时,得到的结果与实验相符合。因此量子力学的建立大大促进了原子物理、固体物理和原子核物理等学科的发展,并标志着人们对客观规律的认识从宏观世界深入到微观世界。

史蒂芬·霍金指出:“物理科学未让量子力学进入的唯一领域是引力和宇宙的大尺度结构。”[ii]它说明量子力学揭示的是微观世界的规律,而爱因斯坦的相对论则阐明的是宏观世界的规律。

量子力学揭示的微观世界的规律,并没有超出波粒二象性的基本特征。虽然光是由波组成的,但普郎克的量子假设告诉我们,在一定的方面,它的行为显现出它是由粒子组成,只能以量子的形式被发射或吸收;而海森堡的不确定性原理又意味着,粒子在某些方面象波一样,它没有确定的位置,而是形成一定的几率分布。因此,史蒂芬·霍金指出:“在量子力学中存在着波动和粒子的二重性:为了某些目的将波动想成粒子是有助的,反之亦然。”[iii]

量子力学的理论进一步告诉我们,在微观世界,一个绕原子核运动的电荷可以看成一种波,其波长依赖于其速度。对于一定的轨道,轨道的长度对应于整数倍电子的波长,电子每绕原子核一圈,波峰总在同一位置,所以波就互相迭加,这时就表现出波动性;然而,对于那些长度不为波长整数倍而为分数倍的轨道,当电子绕原子核运动时,每个波峰将最终被波谷所抵消,这时就出现粒子性。对于对波粒二象性的本质还有其它几种解释,例如里查德·费因曼的所谓采用历史求和(即路径积分)方法对波粒二象性的摹写等。但无论怎么说,量子力学所阐明的微观世界的规律,总是建立在波粒二象性的基础上的。

史蒂芬·霍金指出:“爱因斯坦广义相对论制约了宇宙的大尺度结构,它仅能称为经典理论,因其中并没有考虑量子力学的不确定性原理,而为了和其它理论一致这是必须考虑的。这个理论并没导致和观测的偏离是因为我们通常经验到的引力场非常弱。然而,前面讨论过的奇性定理指出,至少在两种情形下引力场会变得非常强—黑洞和大爆炸。在这样强的场里,量子力学效应应该是非常重要的。”[iv]霍金也正是将量子力学原理运用于研究黑洞和宇宙大爆炸,所以创立了令科学界瞩目的新的理论体系。

从以上可以看出,量子力学的时空观,也就是从微观世界基本粒子运动所呈现出的波粒二象性出发对于时间和空间的基本看法。在这里,由于引力场的增强,电荷绕原子核的运动以及基本粒子本身的运动使时空相对地变得狭小了。一方面,它表现出粒子性,时间和空间就变得很具体,时间和空间表现为粒子运动的持续性和广延性,或者说是在电子绕原子核运动时每个波峰被波谷所抵消的情况下,粒子运动的持续性和广延性。另一方面,它又表现出波动性,时间和空间就变得很不具体。时间和空间虽然表现为粒子运动的持续性和广延性,但由于电子绕原子核运动时波峰总在同一位置,波就互相迭加,所以粒子运动的持续性和广延性以波的形式表现出来时,就使时间和空间变得模糊起来。

量子力学的时空观使基本粒子的时间和空间既有具体的、清晰的一面,又呈现出不具体和模糊的一面,足以说明它是由阳性物质世界即宏观世界和微观世界的一部分(主要是粒子性、次要是波动性)向阴性物质世界即微观世界的另一部分(主要是波动性、次要是粒子性)和超微观世界过渡的时空观。因此,可以说量子力学的时空观使基本粒子的时间和空间呈现出的不具体和模糊的一面,是进入到阴性物质世界的超微时空观的入口处或过渡点。

在阴性物质世界,由于物质的运动起步就是超光速,其物体的体积(空间)被压缩到一点,最后变为“无”,质量也在类似的宇宙大爆炸中(可称之为粒子小爆炸)转化为能量,实粒子转化为虚粒子,时间也就由最初的停滞转变为时光的倒流。于是我们看到:

(1)阴性物质世界的空间转变为“无”,其虚粒子的存在就全部借用阳性物质世界的空间,由于虚粒子本身又是含有高能量的“无”,所以它有极强的穿透力,可以说在阳性物质世界,它无处不有处处有,充满空间而不占有空间。

(2)阴性物质世界的时间总是处在停滞和倒流的状态中,又因为虚粒子运动速度起步就是超光速的特点,因此,时间之停滞只是在一霎那间;时间之倒流却是超光速的高速度。

在阴性物质世界,正因为时光是倒流的,所以人们才能预见未来事物的发展,否则根本不可能做到这一点。这就告诉我们,无论是人们直观地通过感知预测未来,还是通过其它预测手段(如数理统计方法、科学仪器等)预测未来,都是进入阴性物质世界探索物质运动规律的一种行为。这里说到感知,是指人的灵魂—意识自觉地进入阴性物质世界的一种特殊的直观感觉,一般人经过有意识的训练都会掌握这个本领。那么感知和科学的关系是什么呢?我认为,在科学不发达的时候,感知比科学更科学;在科学发达的时候,科学比感知更科学。

人们能够通过感知进入阴性物质世界预测未来,是否一切都是命中注定的?应该说是命中注定的,但注定的东西又是随时可以改变的。原因是:

(1)事物发展的规律是固定地、有序地内含其中的。在因外因条件不发生大的改变的情况下,一件事物从诞生的时刻起,其未来的发展阶段、表现出的特点、直到走完全过程而进入衰亡,这一切确是早已注定了的,并且以特有的征象将未来的变化反映在现时的变化之中。

(2)虽然事物发展的规律是固定的和有序的,但内外因条件经常会因人为的或非人为的原因发生改变,一旦这些条件发生了变化,原先注定的未来发展的趋势就会发生偏离。量子力学阐明的不确定性原理很能说明这个问题。

阴性物质世界时光的倒流也可以看作是阳性物质世界时光的顺流的反时间,或者说它是阳性物质世界时光顺流的镜像物。因此,阳性物质世界时空中发生的一切都会在阴性物质世界以它的镜像物出现而预知。只要阳性物质世界的事物发生变化,也必然在阴性物质世界反映出来。但阴性物质世界也不是被动地消极地反映阳性物质世界的。由于它本身是高速度、高能量运动的物质世界,而且也是富有灵性的(就携带有生命及各种信息、一定的波的频率和高灵敏度而言),它的运动事实上也在无时无刻地影响着阳性物质世界。显然,只要认识了上述一切,也就掌握了一种新的时空观—超微时空观。




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[i]史蒂芬·霍金:《时间简史—从大爆炸到黑洞》,许明贤、吴忠超译,湖南科学技术出版社,1995年版第60页。

[ii]史蒂芬·霍金:《时间简史—从大爆炸到黑洞》,许明贤、吴忠超译,湖南科学技术出版社,1995年版第61页。

[iii]史蒂芬·霍金:《时间简史—从大爆炸到黑洞》,许明贤、吴忠超译,湖南科学技术出版社,1995年版第62页。

 

[iv]史蒂芬·霍金:《时间简史—从大爆炸到黑洞》,许明贤、吴忠超译,湖南科学技术出版社,1995年版第65~66页。

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关于时空关系的系列文章(9)

(2007-01-02 11:22:27)转载  

七、相对论时空观、量子力学时空观和超微时空观之比较

相对论时空观描述了宇宙在宏观上大尺度结构的时空变化的一般规律。相对论并未导致和实际观测上的偏离,是因为在宇宙的大尺度结构下引力场非常弱的原因。也就是说,由相对论得出的关于宇宙大尺度结构的数据,严格地讲也是一组近似值,因为它将引力场的弱作用舍弃掉了。

但是在微观世界,粒子本身(原子核和绕核运动的电荷)和粒子之间的引力场却大多了。还有,像史蒂芬·霍金说的在黑洞和大爆炸时引力场也是很强的。这时如果将相对论用于描述微观粒子结构,得出的结论就会和实际观测偏离甚大,因为引力场的作用干扰了相对论理论的发挥,使它不可能得到一组和实际观测相符合的数值。这时普郎克—海森堡的量子力学理论应运而生。量子力学的核心内容是不确性原理,即人们永远不能同时精确得知一个粒子的位置和速度,越精确知道其中的一个,则越不精确知道另外的一个。量子力学理论将微观粒子运动中的引力场的作用考虑进去了,它对微观世界结构的计算就同实际的观测相一致。因此,量子力学的时空观正确地描述了物质世界小尺度结构的时空变化规律。但是严格地说,量子力学在微观世界涉及的范围也是有限的。例如,对于主要是波动性、次要是粒子性的微观粒子结构,量子力量学理论就不可能准确地描述。量子力学涵盖的范围也只局限在主要是粒子性、次要是波动性,以及粒子性和波动性约各占到一半的微观粒子。对于主要是波动性、次要是粒子性的粒子,以及超微观世界的虚粒子,量子力学理论则是无能为力的。

超微观理论和相应的超微时空观是笔者在已有的科学研究的基础上提出的新理论。在这里更多地是从哲学的角度在理论上加以概括和论述。这个理论涉及的物质世界是阴性物质世界。它包括了主要是波动性、次要是粒子性的粒子和全部的虚粒子构成的虚物质领域,是人类迄今尚未被认识的另一半世界。我的任务只是用科学敲开这一半世界紧闭着的大门。由于知识和能力的所限,我还不可能直接进入到其大门里边看个究竟,也不可能确切地告诉人们那富丽堂皇的宫殿结构及其全部奥秘,但我相信,紧闭的大门一旦被启开,有一缕灿烂的阳光照了进去,神秘就不再神秘。未来的人们一定能够在这两个世界(阳性物质世界和阴性物质世界)自由地出入,那时人类将真正变成自由而全面发展的人,这也就是在更高意义上的由必然王国进入到自由王国的理想境界。

史蒂芬·霍金说,爱因斯坦在他的晚年用大部分时间去寻求“物理学的统一”理论,但是没有成功。因为当时尽管已有引力和电磁力的部分理论,但关于核力还知道得非常少,所以时间还没有成熟。尽管爱因斯坦对量子力学的发展起过重要作用,但是他拒绝相信它的真实性。因此,在爱因斯坦所处的年代,企图用相对论解决全部宇宙运动中的一切问题,是不可能的。所以爱因斯坦寻求的物理学的统一理论,只能是徒劳的。

那么量子力学产生以后,是否建立物理学的统一理论的时机就成熟了?也没有。因为量子力学所描述的只是微观世界运动的一般规律,确切地说,只描述了主要是粒子性、次要是波动性,以及粒子性和波动性约各占到一半的微观粒子运动的规律。至于主要是波动性、次要是粒子性的粒子和超微观世界的虚粒子运动的规律,量子力学则是无能为力的,它就不可能和相对论一起建立物理学的统一理论。

关于在量子力学产生以后是否应该建立物理学的统一理论的问题上,史蒂芬·霍金也有些迷惑不解。例如,他在谈到这个问题时说:“确实存在这样的一个统一理论吗?或者我们也许仅仅是在追求海市蜃楼。”[i]然后提出了存在的三种可能:一是确实存在一个完整的统一理论,如果我们足够聪明的话,总有一天将会找到它。二是并不存在宇宙的最终理论,但是存在一个越来越精确地描述宇宙的无限的理论序列。只要采取这个理论之链的足够远的一环,就能够对任何特定种类的观测做出预言。三是并不存在宇宙的理论。在某种程度之后,人们无法描述或者预言观测,这种观测只不过是任意的。[ii]

我认为,当超微观理论及超微时空观提出来之后,建立物理学的统一的理论已经成为可能,这个理论主要包括三个部分:一是相对论;二是量子力学理论;三是超微观理论。在这三大理论之中,找出它们共同的相通的基础理论,再辅之以每个理论的特殊部分,然后测算出其间有机结合时的系数或常量,一个物理学的统一理论的模型便似乎呼之欲出了。当然在数学的发展还不可能精确地描述出阴性物质世界的状况之前,这样的物理学统一的模型还是建立不起来的,它就只能存在于我们头脑的想象之中。但也正如我在以上论述过的,人们的思维所能达到的高度,也就是未来科学的发展能够到达的目标。所以,一个完整的统一的物理学的理论确实存在,人类总有一天将会找到它。

但是尽管如此,也并不存在宇宙的最终理论,或曰终极理论。因为宇宙是发展的,发展是无穷尽的,即便在将来根据三大理论(相对论、量子力学理论和超微观理论)建立了物理学的统一理论,也并没有穷尽真理,还不是宇宙的最终理论,它只表明人类认识宇宙达到一个新的阶段或者说新的水平,更多的未知还在后头。随着人类认识未知世界的能力不断提高,经验不断积累,更新的揭示宇宙深层本质的理论也必然会产生出来。

对于阴性物质世界的状况,史蒂芬·霍金通过量子力学的理论已有天才的猜测。量子力学是由相对论到超微观理论之间的过渡性理论,当它说明了主要是粒子性、次要是波动性,以及粒子性和波动性约各占到一半的微观粒子运动的规律时,那么对于主要是波动性、次要是粒子性的粒子的运动规律,必然就有一定的预测。因为这二者之间的联系十分紧密,从量到质的变化也只刚刚跨过一个临界点,那些普遍共同存在东西,便是能够作出这种预测基础。霍金指出:“麻烦在于不确定性原理意味着甚至‘空的’空间也是充满虚的粒子和反粒子,这些粒子对具有无限的能量,并且由爱因斯坦的著名方程E=mC2可知,这些粒子具有无限的质量。这样,它们的引力的吸引就会将宇宙卷曲到无限小的尺度。”[iii]读者可以看到,霍金离我们提出的超微观领域(阴性物质世界),仅剩下一步之遥了。他曾成功地预测了宇宙大爆炸和提出黑洞理论,但却没有想到粒子在以超过光速的速度运动时,在“具有无限的质量”和它的引力的吸引使空间“卷曲到无限小的尺度”时,解决这一对抗性矛盾的唯一办法是发生的粒子“小爆炸”,于是质量在爆炸之中转化为能量,实粒子转化为虚粒子,‘空的’空间转化为实的空间,也就是这些虚粒子充满空间而不占有空间。这个领域就是和阳性物质世界既对立又统一存在着的阴性物质世界。

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[i]史蒂芬·霍金:《时间简史—从大爆炸到黑洞》,许明贤、吴忠超译,湖南科学技术出版社,1995年版第150页。

[ii]史蒂芬·霍金:《霍金讲演录》,杜欣欣、吴忠超译,湖南科学技术出版社,1995年版第48页。

[iii]史蒂芬·霍金:《时间简史—从大爆炸到黑洞》,许明贤、吴忠超译,湖南科学技术出版社,1995年版第141页。

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关于时空关系的系列文章(10)

(2007-01-02 11:26:35)转载   来源:(http://blog.sina.com.cn/s/blog_4b9cbf4901000770.html) - 关于时空关系的系列文章(10)_张大军的博客_新浪博客

八、关于和时空变化相联系的其它几个问题

时间和空间是物质运动存在的不同形式,物质运动的多样性决定了时空存在的多样性,而影响物质运动的条件和因素也是多种多样的。因此世界乃至整个宇宙决不是单一的发展模式,而是多元或多极的发展模式。认识这一点十分重要,它启发我们以多角度的眼光看待周围的一切,其中包括人们的思想观点和方法等等,以便不至于去用枯燥的教条去概括绚丽多彩的客观世界。在这里破除传统的物质观和时空观至关重要。试想,如果没有冲破经典力学观点的理论勇气,何以会有相对论?如果没有对相对论的涵盖范围发生质疑,何以会有量子力学?同样地,如果没有对量子力学阐明的波粒二象性原理进一步发挥和引申,并指出它的局限性,何以会有超微观理论和超微时空观?将来的人们也一定会对今天提出的这个理论的某些局限性发生质疑,并创造出新的理论来……。从一定意义上说,这是个永无休止的否定之否定的过程,于是才有科学的发展和人类的进步。因此,要崇拜权威但绝不要迷信权威,要学习传统但绝不要拜倒在传统脚下。所以,在科学研究上照样需要实事求是和解放思想。

对于时空的变化和与其相联系的方面,还有许多问题需要进一步研究。我们绝对没有穷尽真理,而只是刚刚打开了通往真理的大门。对于时空问题的探讨,也只是在万里跋涉中迈出的一小步,有许多问题还要反复推敲,反复认识,才能接近真理。

(1)如何认识“负阴抱阳,负阳抱阴”、“阴阳互根”、“阴中有阳,阳中有阴”?从粒子的超光速运动及发生的变化看可作如下说明:其一,当粒子以超光速运动时,结果体积缩小到“无”,空间也扭曲到“无”,它就只能借助阳性物质世界的空间存在了下来,或者说就和宇宙空间“重叠”在一起了。其二,当粒子以超光速运动时,结果时间停滞,并出现时光倒流,但由于粒子的体积已变成“无”,这样的时间就只能以虚时间的形式存在,它也只能汇入到宇宙的时间长河中去,并与实时间相比较而存在。其三,当粒子以超光速运动时,质量会变得无限大,但体积却变得无限小,解决这一对抗性矛盾的唯一办法是发生粒子“小爆炸”,结果质量转化为能量,实粒子变为虚粒子,留下的信息便以波的形式存在并汇入到宇宙的天地中去。

(2)虚粒子是阴性物质世界的基本单元。虚粒子并非像史蒂芬·霍金特指的实粒子的镜像物,或曰反粒子,而是实粒子以超光速运动时的转化物。由于虚粒子的体积是“无”,它就没有特定的空间;其质量也转化为能量,留下的只有以波的形式存在的各种信息(信息团)。既然虚粒子的存在没有空间了,它的存在就不需要特定的空间,或者说阳性物质世界的空间就是它依存的空间。既然虚粒子的运动起步就是超光速,它本身的时间停滞了或时光倒流了,那么它的运动就不需要时间。由此也就区别了阴性物质世界和阳性物质世界的不同特点。

(3)这里说的“虚粒子”、“虚时间”的概念乍听起来很玄乎,不好理解,但它们确实都是客观存在的。马克思当年写作《资本论》时,分析商品的价值,提出抽象劳动等概念,这些乍听起来也是很玄乎的,但它们却是真实存在的,而且是研究政治经济学时必须建立和运用的概念,否则一切将不可能。如果有人硬要让我给他拿个虚粒子或虚时间的样子看,我也只好说马克思也不可能给你拿个价值的样子去看,我就更不可能。你甚至将商品砸成粉末,还是找不到一个价值的原子,那么能说价值就不存在吗?同样的道理,你把实粒子砸成粉末,也找不到虚粒子;你把实时间分割成无穷个小段,也找不到虚时间,但是虚粒子和虚时间照样是客观存在的。

(4)虚粒子的运动不需要时间,是指因它的运动起步就是超光速,用实时间去计量已没有什么意义(实时间变得停滞下来,并出现时光倒流),只能以虚时间来计量,虚时间作为用虚数(-1的平方根的倍数)测量的时间,适用范围只能是实时间的停滞和时光的倒流。现代计算工具恐怕还难以完成对虚时间的测量,原因是整个阴性物质世界还尚未被人们科学地认识,这就必定制约着科学的发展。

(5)对于阴性物质世界的特点可以归纳如下:第一,它是与阳性物质世界共生共存,处于对立统一地位的物质世界。第二,它的基本单元是虚粒子。第三,虚粒子携带有宇宙的全部信息(信息团),存在的基本形式是波。第四,虚粒子携带的信息(信息团)在内容上的千差万别,是以波长和频率的差异反映出来的。第五,虚粒子充满空间但不占有空间。第六,虚粒子的运动起步就是超光速。第七,虚粒子的运动是在虚时间中进行的。第八,对于人类来说,每一刻既是生活在阳性物质世界,又是生活在阴性物质世界,只是我们没有达到科学的或自觉的认识罢了。

(6)粒子如何能够以超光速的速度运动呢?因为在以这样的高速度运动时,质量趋向于无穷大,哪里有这么大的力量去推动粒子呢?这也是爱因斯坦停止在相对论上不敢再向前跨出一步的思想顾虑。其实,在正常情况下,粒子是不可能以超光速的速度运动的,因此才有稳定的阳性物质世界的基本状态和秩序。粒子以超光速的速度运动出现在以下几种情况下:第一,在宇宙大爆炸的一刻。上一个宇宙大挤压的奇点在对抗性矛盾无法克服时发生了大爆炸,一部分粒子被强大的冲力以超光速的速度向前推进,转化为虚粒子,形成阴性物质世界;另一部分粒子虽被强大的冲力向前推进,但速度却低于光速,仍然是实粒子,于是形成阳性物质世界。由于在大爆炸的一刻低于光速被推进的粒子存在着角动量,所以被抛掷出来时是旋转的。这就解释了地球以及宇宙天体之所以在转动,并不是像牛顿说的是被上帝最初踢了一脚,而是因为它一开始就存在着角动量的原因。第二,宇宙天体形成以后,由于恒星的坍缩,形成黑洞,在黑洞里有逃逸出来的超光速的粒子。[1]第三,在实验室中测量出某些沿隧道穿行的粒子运动得比光速快。第四,某些微波(可以看作虚粒子)运动的速度比光速快,例如我们的思维波可以看作是一种比光速运动得更快的微波。

(7)阳性物质和阴性物质的产生,从根本上说是在宇宙大爆炸的一刻,等量等效地同时产生的,这就有了阳性物质世界和阴性物质世界的区分。此后,阳性物质和阴性物质在一定条件下还不断转化,但阳性物质世界的总能效总是等于阴性物质世界的总能效,反之亦然。这也是能量守恒或宇称守恒的一种表现(当然微观粒子在弱作用下并不守恒,则是另外一种涵义)。

(8)如何进入阴性物质世界摄取信息和能量,是今后科学研究的一个重大课题。看来第一步先要弄清楚阴性物质世界虚粒子是怎样以波的形式存在的,它的波有多少种?频率及波长各是多少等等。我们人脑的本质是什么也需要深入研究。其实在我看来,人脑只是一个接收与发射和宇宙意识(以波的形式和频率表现出来)相通的精密仪器,它本身并不产生意识,它只是在提取、选择和加工从宇宙(或者阴性物质世界)发出的信息而已。由于人脑的思维波总是以超光速的速度运动,那么我们的大脑就有可能每一刻是它同时又不是它,或者说它总在有和“无”、实和“虚”之间不断变幻。因为粒子以超光速的速度运动时便以虚粒子的形式存在,更何况思维波—这种虚粒子不断地在我们的脑细胞之中穿梭呢!只不过因其变幻的速度也是超光速的,我们自身就感觉不到,也无法看见。但是,我相信这一切确实都在发生着。

——摘自拙著《我的宇宙观——打开宇宙的另一扇门》第一卷

                   香港天马出版有限公司出版,20061月版




[1]参见史蒂芬·霍金:《霍金讲演录》,杜欣欣、吴忠超译,湖南科学技术出版社,1995年版第58页。

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