时空平权的绝对性与相对性.docx

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时空平权的绝对性与相对性

二、space-time平权的绝对性与相对性

摘要:

本文依据相对论的理论基础，发展了space-time平权问题，把时间单位与空间单位统一起来，提出了时空转化的问题，使国际7个基本物理量减少为6个。

关键词：

space-time平权、狭义相对论、国际基本物理量、宇宙量、多普勒效应

（一）、space-time平权的绝对性

人们对科学大师们景仰和崇拜的同时却忘了最该向科学大师们学习的一点：

以真正科学的精神对待已有的理论体系。

历史的经验告诉我们，物理学的突破，有一定的客观规律。

这就是如日本物理学家武谷三男教授和坂田教授所总结的，物理学的发展往往表现为“三阶段”，亦即首先进入“现象论”阶段，其次进入“实体论”阶段，最后进入“规律论”的阶段，亦即最终突破了物理学的基本规律。

物理学在基本规律已确立以后，就转入应用。

  狄拉克于1937年提出了著名的大数假说，其内容是：

“自然界出现的任何两个很大的无量纲数是彼此相关的，他们都由一个简单的数学关系相联系”.“年、月、日、时、分、秒”之时间单位的天文物理意义，是对地球自转及公转运动过程（趋势）的描述或记录方式。

可见，地球时间的本质，实际上就是地球在太阳系空间中的运动进程。

时间就是天体在轨道空间中的位置及其连续不断地改变的过程，时间的流逝就是天体在太空空间中的运动及其变化和勇往直前地推进过程。

进一步地，时间的天体运动本性，必然表现为单向不可逆并持续不断的特性。

因此，时间的概念是对天体运动规律及特性的一种描述方式。

结论：

时间就是天体的空间位置及运动。

人们根据相对论认为空间与时间等价把国际基本物理量减少1个，这早在20世纪中就这样规定了，是用稳定铯原子波长来定义长度的，世界各地的各种非铯和铯原子钟都要和巴黎的铯原子种来校对时间长度（即=完成空间长度校对）。

因为在相对论时空下,空间是时间的函数,从物理学讲它们的自由度是一，其中一个变量完全可以替代另一个变量。

根据狭义相对论时间空间是不等价的，相对论只是揭示了时空是一个整体，时间和空间有联系。

现代标准宇宙学理论建立在爱因斯坦引力场方程和罗伯逊—沃克度规的基础上，按宇宙学原理，物质分布均匀和各向同性时，宇宙时空具有最大的对称性。

而具有最大对称性的时空结构由罗伯逊—沃克度规描述，其形式为：

【1】

式中

是尺度因子，

是曲率常数，

是共动坐标。

如果尺度因子

不随时间而变，表示的是膨胀速度为零的静态空间。

由于

，罗伯逊—沃克度规表示的时空可以定义统一的时间。

事实上罗伯逊—沃克度规中不显含质量，它代表的仅是一种几何性的四维时空框架。

物质存在对时空结构的影响是通过爱因斯坦引力场方程引入的。

因此我们即可以用罗伯逊—沃克度规来表示运动学意义上的，没有物质和引力场存在的纯几何的时空结构。

也可以用它来表示有物质和引力场存在时的，动力学意义上的时空结构。

空间是相对时间的空间；时间是相对空间的时间统一在速度这个概念上，真空光速不变掩盖了空间与时间关系：

假定一个参数不变来研究两个参数的变化。

v=t·l，实质上三个参数者在变化，没有一个参数是静止的。

）3．1，建立广义场空间模型：

1），假设广义场空间由静止（静态）场空间和运动（动态）场空间组成。

它的几何模型：

Z

=0

静止

（静态）运动（动态）场空间

场空间

X

Y

图

（2）广义场空间模型

它的数学描述：

Ω=

+

=

【x,y,z】+

【

】

=

【

】=

【x,y,z,

】………①

其中:

Ω-----表示广义场空间;

-----表示静止（静态）场空间;

-----表示运动（动态）场空间;

X,Y,Z-----表示X,Y,Z轴系;

-----

;

-----表示速度与时间的动态路程。

3．2，广义场空间模型的数学推导：

….四是在Einstein相对论的公式中，虽然提及到了“运动速度”对长度与时间的影响，但遗憾的是未能及时的将“引力”对长度与时间的影响（引力使空间弯曲）一同加入而将公式进一步深化,致使人们还长期停留在“笛卡儿空间”时代的边沿摸索….。

有人认为尽管相对论中空间和时间是密不可分的，然而space-time的类时性或类空性还是绝对的，但是事件具有虚值时间坐标的空间——时间称为Euclid型的，在Euclidspace-time图中，时间方向与空间方向没有不同之处，空间与时间是一个问题的两个方面。

Minkowski方程反映了space-time平权问题，他认为：

“这种对称性在数学上可以用意义很深刻的神秘形式反映相对论的本质（Minkowski称为绝对世界的标准）。

”设光速c=bm/s，由于光从A点到B点走1s与走bm是一样的，因此若令光速为1，则得1s=bm，场的运动速度为1。

时间用空间的变化来测量，空间用时间的变化来测量。

光年既是时间单位，也是长度单位。

在经典广义相对论的实时space-time中，因为时间只沿着一位观察者的历史增加，不象空间那样可以沿着历史增加或减少，时间和空间方向可以区分开来；但是在量子力学虚时间方向和空间方向一样，可以增加或减少，经常使用“将时间变为空间”的问题，在任何情况下，我们利用虚的时间和Euclid空间——时间可以认为仅仅是一个计算实空间——时间的答案的数学手段（或技巧），在计算机技术中也存在这个问题。

对于我们的量子边界，我们需要四维空间——而不是四维space-time——中的一个三维表面。

因而StephenHawking和JamesHartle提出：

在量子宇宙学格局中，通常的时间概念不再适用，它变成了又一维的空间。

空间的几何学可以用来作为时间的量度。

在量子宇宙学中，时间是宇宙中的物质成分及其位形的构成物。

宏观世界里物体的运动速度很小，仍可用m/s表示。

这样便将国际基本物理量缩减为6个。

若将光速定为1，则物体的速度称为物体的相对速度，速度是物体在相对space-time中空间与时间的比值。

我们称之为space-time的平权理论，它是space-time对称的绝对性的表现形式。

在微观理论中，特别是基本粒子理论中常取自然单位制，其中把时间与空间的量纲取得相同，并把质量量纲取为space-time量纲的倒数，从而只剩下一个量纲，至于单位的大小，则取得使c=1和约化普朗克常数等于1，至于具体取什么单位，则无统一规定，在基本粒子理论中通常是取得使μ介子的质量数值为1。

在【2】中王仁川先生也把光速定义为1，笔者认为它进一步表明Minkowski方程的正确性，相对论与量子力学以及基本粒子理论都说明了space-time平权理论的正确。

空间和时间本身就是一个数学定义的问题，将两者合并为一个量，整个物理学描述体系将发生改变。

根据space-time平权理论，四维space-time也可以称为四维空间或者四维时间。

唯物辩证法认为时间是指物质运动和发展过程中先后的顺序和持续性，空间是指物质存在的广延性、伸张性，是物体之间的排列角度与排列顺序，分别是一维、三维的，具有一定的时代局限性。

由space-time量的差别产生的效应，总可以通过时间量的差别来完成。

反之由时间量的差别产生的效应，总可以通过空间量的差别来达到。

比如，光的干涉实验，当只允许单个光子通过时（此space-time间量小），短时间暴光，则在底片上只产生几个光斑，不能形成干涉图样。

若长时间暴光（时间量存在了差别），则在底片上可产生干涉图样。

如果不增加时间，只是允许大量光子（空间量存在差别）同时通过小空，那么短时间暴光，也得到了光的干涉图样。

天气预报主要是通过对大尺度空间（水平和垂直）气象条件的探测，来预报未来的天气情况。

如果预报未来的时间越长，就要求对空间探测的尺度越大。

可以说：

对时间尺度的预报，依赖于对空间尺度的了解。

考古学家就是通过对地层的研究来推断以前的历史情况。

地层越深，可推断出该年代就越久远。

上述是space-time平权理论的实际应用，用公式表示：

上式的物理意义是：

对某一物质而言，若其空间量有了变化（如体积变化），那么该物质必然会产生某一过程；反之，若某一物质产生了某一过程，其结果必然存在空间量的变化。

时和空在变换中它们之积是个不变量。

时空是不均匀的，但时空却应该是连续的，物体的运动速度、质量、动量和能量也应该是连续的。

笔者认为“多普勒效应”的本质就是时空平权的表现形式（距离的增加相当于时间的延长）：

静止的观察者所接收到的发自运动光源的光频率γ与该光的固有频率γ0的关系如下：

①当光源的速度与观察方向之间的夹角为90度时（横向多普勒效应）：

，“狭义相对论”理论认为此效应起因于运动光源的振动周期比静止光源增大。

②当光源的速度与观察方向之间的夹角为0度（相互远离）或180度（相互接近）时：

第一种情况（红移）：

第二种情况（紫移）：

。

（二）、space-time平权的相对性

时间与空间既是对称的，又是不对称的，这是space-time对称性的相对性的表现形式。

遗传和变异分别是space-time对称的绝对性与相对性的表现形式。

构成我们世界的4维不是完全对称的。

我们都知道时间维和空间维是不一样的，时间只能不断向前，而空间上我们可以向任何一个方向运动。

如果它们是完全对称的，我们就可以马上写下我们世界的距离公式：

d2 = x12 + x22 + x32 + x42。

但因为这种不对称性，我们好象不能这么写。

考察所有已知的物理实验的结论和事实，似乎暗示我们正确的距离公式应该是：

d2 = x12 + x22 + x32 - x42。

在理性上完全无法解释为什么我们必须生活在一个4维不完全对称的世界中。

在现实物理学中，时间与空间是两个完全不同概念的物理度量。

如果我们用其中一个量替代另一个量，则从数学角度讲函数关系没有了，函数也就不存在了，从物理学角度讲没有了时间也就不存在空间的概念，同样，没有空间也无所谓时间了，所以它们是不能相互替代的。

《自然杂志》１９卷４期的 ‘探索物理学难题的科学意义'的 ９７个悬而未决的难题：

９．为什么时间具有方向性？

 １０．宇宙时是不均匀时间流吗？

参考文献：

【1】刘辽，赵铮，广义相对论，高等教育出版社，37，308，326（2004）.

【2】王仁川著.《广义相对论引论》中国科学技术大学出版社1996年版