|
时空的本性 写于2007年7月27日星期五 ( The Nature of Space and Time )
关键词： 引力（gravitation） 引潮力（the force to bring about tide） 反引力（antigravitation） 光压（light press） 洛希面（Roche surface） 拉格朗日点（Lagrangian point） 度规张量 (metric tensor) 度作用力（the metric，s force）多重的时空结构（the multiple fabrics for spacetime） 系统和系综（system and systematic muster） CPT镜面对称（CPT mirror symmetry） 中心黑洞（the central black hole） 正反物质世界（the universes of matter and antimatter） 多宇宙（multiverse） 相光速（the light speed on the phase space） 真空光速（the light speed on the "→∞"relative vacuum） 类时空间（the timelike space） 类光空间（the lightlike space） 类空空间（the spacelike space） 耗散结构（dissipative fabric） 黑洞与白洞（the black hole and the white hole） 正熵和负熵（entropy and negentropy） 超弦理论（superstring theory） 正交的多度规多宇宙时空理论（the theory for spacetime of multimetrice of multiverse to be tangency each other） 内容提要：时间和空间一样，都是矢量，都是从运动、演化着的物体的始点指向其终点。它们不仅与测量系的运动速度有关，还与物质的分布有关。宇宙是个多重结构的多度规时空系综。大爆炸后的光球宇宙内，温度下降到弱作用去耦时，与电磁相互作用分离的引力相互作用也是既有吸力也有斥力的：同性物质相吸，异性物质相斥。于是，中心对称自发破缺，产生正反物质世界以中心黑洞为中心的CPT镜面对称的多宇宙时空。正交的多度规多宇宙时空理论指出，强相互作用、弱相互作用、电磁相互作用、引力相互作用和度作用的综合作用导致物质及其时空的运动和演变。 Content summary： Same as the space ，the time is a vector ，they point also to the end-poit of moving or evolutive object from their start 。Not only they correlate with the moving velocity of metrical system ，but also correlate with the distribution of matter 。The universe is a compositive system of the spacetime of multimetrice having multiplicate fabrics 。Within the universe to be formed photosphere after The big bang ，when the weak interaction had uncoupled at temperature had been descending ，the universal gravitation with electromagnetic intraction had separated ，which is attraction or repulsion ：connatural matter is attracting ，heterogeneous matter is excluding each other 。Therewithal the centric symmetry had spontaneously breaken and had brought about the spacetime of multiverse , which makes a feature of the mirror symmetry of CPT between the universes of matter with antimatter centralized about The central black hole 。The theory for spacetime of multimetrice of multiverse to be tangency each other indicates that the integrative effect ，i.e. strong and weak interaction 、electromagnetic interaction 、gravitation and the forces between different metrics or degrees of freedom ，results in movement or evolution of matter with its spacetim 。
许多理论物理学家是从时空流形的数学形式来探索和揭示时空的本性，例如，霍金（S.W.Hawking）和彭罗斯(Roger Penrose)博士（见《The Nature of Space and Time》《时空本性》湖南科学技术出版社出版）。我则想从天体物理现象着手，来探索和揭示时空的本性。 先从月地系统说起，月地距离平均而言大约38万公里，由于地球质量约是月亮的81倍多，所以地球的洛希（Roche）面与月亮的洛希面的切点--拉格朗日点约距月面近3.8万公里。也就是说，地球洛希面的半径大约是月亮洛希面半径的九倍。在地球的洛希面内不仅有地球的引力场，还有地球的磁场和它的红外辐射场，还有太阳的电磁流体辐射场、中微子和光子流等。因而，仅考虑万有引力导致的时空流形，显然是不对的。就是地球的洛希面内也不仅有导致时空流形收缩的地球引力场，还有月亮对地球的引潮力场和太阳对地球的引潮力场（它仅为月亮对地球的引潮力的1/2.17倍）。引潮力不仅导致地球水层昼夜二次潮汐，还引发地震和地球自转的减慢及月亮日益远离地球，从而，引潮力类同于反引力，不过它是与距离的三次方成反比的。太阳的电磁辐射（电磁流体辐射、光辐射）不仅引起地球大气层的扰动和水的蒸发，是地球气候变化的根本原因，还是地球生物圈生存、发展、演化的根本动力，就是煤和石油也是太阳能的历史积累。不仅极光是太阳的电磁辐射的杰作，地震也与太阳的电磁辐射有关。地球的地质演变也包含太阳电磁辐射的影响。人的生理、心理，甚至病理也受太阳电磁辐射的影响！因而，地球的时空不能仅考虑引力问题。引潮力和电磁力（包括光压）对时空流形的影响是发散的，与地球引力的影响是相反的。 月地系统相对于太阳的公转轨道，不仅取决于太阳的引力，还受太阳系其它行星的影响。每个行星的公转轨道都是太阳系整体影响的结果。所以，地球周围的时空是个多体问题，不是一个二体问题，更不是个单体问题。而整个太阳系又在太阳的带领下以二亿五千万年的周期绕银心旋转。所以，地球的时空又为整个银河系所影响。银河系、大小麦哲伦星云、仙女座星云等40多个星系又组成本星系团；本星系团又与室女星系团、大熊座星系团等50多个星系团构成本超星系团；几十个超星系团构成宇宙。它们对地球的时空都构成影响。不过越近的影响越大，而且近期影响大；越远的影响越小，而且是历史的积累影响。宇宙中物质局部的集中和凝聚和宽广的时空间隔，这种网络结构正是引力的时空收缩和引潮力和电磁力（包括光压）对时空的发散、膨胀综合作用导致洛希瓣重重叠叠的结果。 总而言之，1，时间和空间不是相互独立的，而是紧密联系在一起的。将它们联系在一起的，就是运动和演化着的物质（微粒的和场的）。时空的本质是物质的，在宏观层次，它既由星体、宇宙尘埃、星际气体、粒子流的运动演化和交互作用所决定，也由引力场、电磁场的运动、演化所决定。在微观层次，不仅为长程的引力和电磁力又为短程的弱力和强核力场及其交互作用所决定。
5，物质时空度规是一个客观存在的数集A ，那它的非集B也是个客观存在。B集就是绝对0真空和绝对∞真空。绝对0真空存在于包括中心黑洞的中心处和一切星体的中心处及一切基本粒子的中心处。绝对∞真空就是在大爆炸的波阵面还未能到达之处。因而，物质时空的存在区间是（0，∞），而非[0，∞]，奇点0和∞不在物质时空之内，它们被排除后，根本不需要什么"奇点定理"，量子积分的发散问题就解决了；基本粒子内部都是空心的问题也就可理解了；⊿S≠0，就是量子现象的测不准率的物理根源。 基于对宇宙时空的上述五点的认识，正交的多度规多宇宙时空理论建立了起来。它指出：大爆炸始点不在我们所在的宇宙内，它在中心黑洞的中心，那儿才是绝对静止坐标系的原点。我们所在的宇宙相对这个坐标系以速度C运动，这个速度就是我们测到的光速，它实是星际相光速，真空光速据此理论推算出是80万公里/秒。E=mc2 是质量为m的物质在这个运动坐标系中所具有的内能，爱因斯坦的质能公式的物理本质得到阐明。由于我们所在宇宙的最外层界面是光子面，它就是我们所在宇宙的类光区，来自其它宇宙（包括中心黑洞）的光压、引潮力和反宇宙的反引力都是来自于类空区域，它们通过类光区遍历于我们所在宇宙的类时区间，称之为度作用力，它以真空光速传递，它引起我们这个类时空间内的物质的运动遵循于统计率，而不遵循因果率。度作用力使我们这个类时空间频谱化、量子化，从而波和微粒物质的运动呈现波粒二象性。量子力学实际上是度作用的表象理论。理论导出光速与时空的物质分布有关：c=c∞exp（-σ1ξ-σ2E2），在物质越密集场强越高的地方，光速越低。所以是光线弯曲导致空间似是弯曲了，而不是相反！于是，引力与强相互作用无法统一的问题解决了，而在多度规的分立的时空中相对论与量子论的时空几何也一致了，于是，将相对论与量子理论统一的统一场理论建立起来了（见《大爆炸形成多宇宙时空》P72~73，上海学林出版社2006年3月第一版）。在单度规近似下退化为量子力学方程组。而相对论是其弱场和低物质密度（也即低能下）的近似。 正交的多度规多宇宙时空理论指出：黑洞是种特殊的星体（史瓦西、克尔和莱斯纳提出的半径公式就暗示了这一点），白洞是在其中心孕育起来的，黑洞的内部越往中心物质密度、温度、压强和场强就越大，黑洞内部物相也是分层变化的，其内部仍是一个保持着因果规律的时空区域（见《大爆炸形成多宇宙时空》P56~58）。该理论推出的黑洞的温度分布公式，在黑洞的视界表面与霍金博士的黑洞温度公式一致；但它指出：虽然根据S=Q/T，由Q=MC2 ，T用黑洞的视界表面温度代入，可得霍金博士的黑洞熵公式，但霍金博士的黑洞熵公式是不正确的。在黑洞不再吸入物质，而蒸发时，是质量和表面积减少，按其熵公式是个熵减少的过程，但这却是个不可逆过程，与热力学第二定律相违背！有些科学家假定："这时热力学第二定律不成立"。然而，这种假定太主观了！正交的多度规多宇宙时空理论认为，黑洞中心部分的白洞区域是膨胀能，黑洞的其余区域是收缩能，且黑洞的温度内外是不均匀的，按照分区积分得到的黑洞熵公式表明：在黑洞能从外界吸入物质时，它是个耗散结构系统，它吞入物质，增加其质能、表面积和负熵，同时辐射出部分能量（包括霍金辐射），并降低其表面温度及输出熵。而当其不能吸收到外来物质时，它只是向外不断辐射能量（不仅有越来越强的霍金辐射，还有越来越强的驻波辐射），不断地收缩，是个负熵不断减少（即熵增大）的过程，这是个不可逆过程，而与热力学第二定律并不相违背！而当总熵达到零时，其内的白洞发生爆炸，这个尺度约为6×10-14m ，远比纳米的尺度小！它不需要再加什么假定，就阐明了宇宙大爆炸确是在几乎一点发生的，不仅初期有过暴涨，而且，在最初的近200亿年内也有很大的膨胀。例如，在180亿年内，光速增大了3.75倍,宇宙整体转过了300 ；但如今宇宙进入了一个膨胀较缓和的时期，虽仍加速膨胀，但加速度越来越小，在今后的2×10 8 百亿年内光速只仅仅增大1/3 ，宇宙整体再转过了150 。所以我们几乎感觉不到光速的变化（技术上如果能有足够高的测量精度，可以检验光速之增大）。故爱因斯坦相对论成立。但之后宇宙将收缩，并被中心黑洞所吞噬，中心黑洞通过越来越强的驻波辐射和霍金辐射到蒸发到尺度约为6×10-14m 时，其内的白洞爆炸，宇宙进入新一轮的创生期。从而，宇宙的整个演化过程被揭示。 早先超弦理论被认为可能是物理学的最终的大一统理论，我则认为不然；如今它又被说成是"伪科学"、"无聊的数学游戏"。我则认为它仍不失为一个有价值的研究。我看到至少在四点上，正交的多度规多宇宙时空理论与它有共同的见解：1，宇宙至少是十维的，九个空间维，一个时间维。不过，正交的多度规多宇宙时空理论说宇宙是三度规的，九个空间维，三个时间维，因有二个时间约束方程，独立的时间维是一个。由于三度规是正交的，另二度规在我们所在的度规空间的投影是个几何点（零），所以，我们只能看到自己所在的三维空间，看不到另外的六个空间维，并非是它们卷缩着！2，基本粒子都是超弦，有静止质量的粒子是闭弦（或圈量子）的纽合物--二色互补粒子（夸克或胶子）对或三色粒子（夸克或胶子）构成无色环的纽合物；无静止质量的粒子（胶子、光子、引力子是同种物质的三个不同的宇称态，在强和弱相互作用耦合时合三为一；在强和弱相互作用去耦时，色胶子分为光子和引力子）是开弦，二者是可以相互转化的；3，绝对0真空和绝对∞真空正是超弦理论所说的R和1/R 的时空具有物理的对偶性，它们都是物质及其运动、演化不能进入的时空。但不可能从0真空中拖出个∞真空来，它俩是被物质时空分隔开的，是永不相遇的；4，爱因斯坦相对论是统一场理论的低能近似。 近来爱因斯坦相对论也受到部分科学家的质疑，这主要是由中微子问题和发现有二个星系的分离速度远高于30万公里/秒而引起的。根据爱因斯坦相对论的结论，凡有静止质量的物质的运动速度不可能达到真空光速，否则，它的质量将达到无穷大，动能、动量也为无穷大，这是不可能的。而量子物理实验发现，中微子有很小的静止质量，又以30万公里/秒运动，而30万公里/秒被人们公认为是真空光速。正交的多度规多宇宙时空理论指出：真空光速要到大爆炸的波阵面处才能测到的，我们测到的30万公里/秒的光速是我们所在的宇宙的星际空间相光速，星际空间充满着星际物质（除了星体还有星际尘埃、星际气体、星际电磁流体、中微子流和光子流，还有引力场、电磁场），怎能将其视为真空呢？！将星际空间视为真空，将在其间测到的30万公里/秒的光速视为真空光速是人们的一个历史性的错误观点。有静止质量的物体以同相的相光速运动，甚至超相光速运动是可以的，但会发生切仑可夫（Cherenkov，P.A）辐射，对于物体，它会减速，对于基本粒子，它会蜕变。中、美、日三国科学家曾对核反应堆的中微子进行过测定，发现它是衰减的，那么进一步测定其衰变物是否是光子，就可检验正交的多度规多宇宙时空理论的有关结论是否完全正确。该理论认为那二个分离速度远高于30万公里/秒（有人告诉我是120万公里/秒，但我没找到有关的文字记载），的星系是由一个无旋的星系团白洞爆炸而形成的，它们的对称中心处有一个共同的星系团黑洞，它如今是个第一类类星体（史瓦西黑洞），是颗亮星！二个星系中，一个是正物质星系，一个是反物质星系，它会有反粒子流，我们用太空的粒子探测仪应该可以验证这个结论的正确性，同时，用望远镜寻找对称中心是否有亮星，再根据其光谱和光学观测来判定是否是类星体，而且是否符合正交的多度规多宇宙时空理论论述的第一类类星体的特征，用其类星体的红移公式算出其距离，看与此二星系离地球的距离是否一致，以此验证正交的多度规多宇宙时空理论的判定是否正确，以判定该理论的正确性。 正交的多度规多宇宙时空理论推算出，我们所在的宇宙现在的尺度不小于138.59亿光年,比美国根据太空摄影计算出的137亿光年只大1% 多,迄今还没有别的理论能推算出类似精度的结果!而且正交的多度规多宇宙时空理论认为理论值比实际测量值大才合理,因为,它指出,我们所在的宇宙的最外层是光子层,那里的光子是向外传播的,不可能传到我们的眼睛及探测器、照相机，因而这光子层看不到，照相照不出，实测值就小于宇宙的实际尺度。该理论又指出，我们所在的宇宙最初是个很扁的椭球体，现在则是个长轴与短轴比是4：3的椭球体（见《大爆炸形成多宇宙时空》一书中的示图6和7，该书于2006年3月出版发行），而美国太空署于2006年10月公告（见MSN网10月12日报道），美国和意大利天体物理学家根据对宇宙背景辐射测到数据的各向异性，发现比较符合四极子模型，因而判定我们的宇宙是个椭球体。应该可以算出其长短轴之比，如小于4：3，表明我们的宇宙年龄大于200亿年；如大于4：3，表明我们的宇宙年龄小于200亿年，如误差很小，就表明正交的多度规多宇宙时空理论是正确的，如误差很大，则此理论仍有问题。 一个理论以很少的假定，而能建立起其自洽的理论体系，并能涵盖现有的科学理论，既确认它们的科学性，又能合理地指出它们的不足和局限性，能合理和合乎逻辑地解释旧理论无法解决的问题，推出的一系列具体结论又逐步为人们的新发现而证实，那么其科学性终将为科学界和人类社会所接受。我不认为正交的多度规多宇宙时空理论是个完美的甚至是物理学的最终理论，首先是它的数学处理不严密，而且是唯象的；其次，宇宙中除了形成我们所在的宇宙的大爆炸外，是否还有别处的大爆炸，不管是同时的，还是不同时的，它们也形成自己的宇宙体系，那么，彼此之间就可能有相对运动，把我们的大爆炸点定为绝对静止坐标系原点，就只能是一种近似了，这种估计也是合理的。但即使这样，这种近似处理仍是有意义的，就象我们在地球上的工程中仍采用牛顿力学，还是很有效的一样。
|