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电磁场和重力场的统一 目录 1， 宇宙是由什么构成的 2， 物理概念是怎么来的 3. 时间的物理定义 4，物质为什么会运动。 5，空间为什么是三维的。 6，光速为什么不变。 7，对质量和牛顿第二定理的解释。 8，对万有引力的解释 9，对正负电荷和库伦定理的解释 10，电磁场和重力场的统一。
一， 宇宙是由什么构成的
对于生活在这个宇宙中，我们所观察到的各种东西和各种现象那可真是五花八门、形形色色复杂到了极点。但是仔细一分析，可以把他们分为两大类，一类为物、一类为事。像我们眼前的一座山、一棵树、一个人、一条河......这都是物；树的生长，人的思想，河水的流动，......这些都是事。 我们在认识这个自然界时，应该要严格区分什么是物，什么是事。遗憾的是，我们有很多物理学家（不单单是普通人）常犯这方面的错误，他们常常把某些事说成是物，或者对某些事不了解，简单地认为是一种特殊的物质所起的作用。比如，历史上人们对热的认识，十七世纪，人们认为热是物体里所含的一种特殊的物质，称之为" 热质" 。甚至有的学者认为" 热质" 是守恒的，物体所得到的" 热质" 总是另一些物体所失去的而不是凭空产生的，现代人们很清楚" 热质" 说是错误的。热现象只不过是物体内分子无规则运动的结果，热只是一种现象而已，它属于" 事" 的范畴，把它看则是物，这就是典型的" 事" 和" 物" 不分的思想。 相对论认为，一个电荷相对于某一个观察者运动,在这个观察者看来,该电荷在周围空间除产生电场外,还产生磁场,但在另外一个观察者看来,这电荷可能是静止的，它周围就不存在磁场了. 磁场既然是一种物质，怎么可能在一个人看来是有的,在另一个人看来是没有的？ 大家想一想，自然界中有什么物质在一个人看来是有的,在另一个人看来是没有的？ 有一个物体存在于空间中某个地方，一个人说它是真实存在的，一个人说它是不存在的，而且两人的说法都是正确的，这怎么可能呢？ 如果我们把磁场的本质看则是"事"，这个我们就很好理解了。我们说一条河相对于一个人是存在的，相对于另一个人是不存在，这个肯定是荒唐的，我们说河水的流动相对于一个人是存在的，相对于另一个人是不存在的，这个完全有可能的。 以上使我们明白，事是物的运动所形成的。至此，我们可以总结出统一场论第一个基本原理：宇宙是由物质点和它周围的空间构成，不存在第三种与之并存的东西，一切一切现象都是物质点在它周围空间运动形成的。
二，物理概念是怎么来的
这个有关" 事" 和" 物" 的讨论有助于我们搞清楚物理概念是如何产生的。物理学是借助物理概念而展开的。物理学刚开始处于萌芽时也好，发展到今天也好，所有的物理概念无非是人们对自己所处的物质世界的认识结果。 我们是怎么认识这个物质世界的呢？首先是通过感觉，感觉到这个我们所处的物质世界的各种现象，然后我们大脑把这些感觉加以分析、概括，最后再形成物理概念。 比如，人们用眼睛看到花草的红红绿绿，天空的湛蓝，人们再用头脑一加工，便有了颜色的概念。人们用皮肤去感觉冰的冷、开水的烫，大脑再一加工，便有了温度的概念。某处有物体振动，引发周围的空气发生振动，我们用耳朵去感觉到这空气的振动，我们再去用大脑这么一分析，这样又有了声音的概念。还有我们躺在床上，闭上眼睛、不去看、不去听，但却老是觉得一个东西在流逝，这样人们又有了时间的概念。 我们所处的物质世界的某些现象给了我们人某些感觉，我们大脑对这些感觉加以分析，概括这样便产生了物理概念。这样说来，物理概念首先来自于我们对自己的某种感觉的描述。 比如， 颜色是不同波长电磁波刺激我们眼睛的结果。热是无规则运动的分子猛烈撞击我们皮肤，我们才有热的感觉。 声音是空气中出现的纵波击到我们的耳膜，我们才有了声音的感觉。 .................. 物质世界以不同的方式运动引起我们人的各种感觉，我们人对这些不同的感觉加以分析，概括便形成了不同的物理概念。物理概念不能脱离我们人而独立的存在着，说明白点，物理概念只是人对自己感觉的一种描述（当然人的这些感觉并非凭空产生的，而是客观存在的东西刺激了我们人） 读者很多人对这个看法可能会反感，或者转不开弯子，下面通过几个例子使读者比较容易理解这些看法。 设想在一个房间里，正放着优美的C D 唱碟，人们常不加思索地认为只要这C D 唱机开着，而不管我们人在不在场，这个声音总会是客观的存在着。仔细地分析一下，房间里有声音时，房间的空气便出现一股纵波，没有声音便没有纵波，可见有声音没有声音的区别只是房间里空气的位置不一样。没有人在房间里去感觉，那里会有声音的概念。 声音的概念是不能脱离我们人而独立地存在的，有声音比起没有声音并没有多出一件什么东西，所以你不能把声音看则是一个像物体那样具体存在的东西，声音只是一个现象而已。在前面讨论的" 事" " 和" 物" 中，声音明显属于" 事" 的范畴。 颜色也是类似的，我们看到眼前的花草的红红绿绿是电磁波经花草反射到我们眼球的结果，这个颜色的概念同样不能脱离我们人而独立地存在着。物体颜色的不同只是物体反射不同波长电磁波的原因造成。颜色不是物体自身的性质，而是由物体照射到它的各种波长的光的反射和吸收决定的。这个原理是牛顿最早发现的，历史上甚至现代有很多人固执地认为物体所呈现的颜色是物体固有的属性、与外界无关。比如德国诗人歌德就曾写文章以非常激情的语言叫人们不要相信牛顿的理论，但牛顿在光学中有关颜色理论的正确性实践证明无须怀疑。 温度的概念起源于外界分子无规则地撞击我们人皮肤的程度，当然脱离了人也是不能独立存在的。 时间的概念与我们人的感觉也有关系，但时间的概念，比较抽象，在后面我们要单独详细地加以分析。 既然物理概念是人的一种感觉，脱离我们人而不能独立的存在，在前面有关" 事" 和" 物" 的讨论中，物理概念明显属于" 事" 的范畴，因而它不能像" 物" 那样客观的存在着，它的存在有它的虚假性。 物理世界的存在有着虚假性。 但是，并非所有的东西它的存在都是虚假的，比如空间、各式各样的物体，它们总是客观地存在着，脱离我们人它们照样存在，它们不管我们人能否感觉到它们，它们总是客观地存在着。 然而，空间、物体（也可称为物质点）这些可以看作是几何概念，在前面讨论的" 事" 和" 物" 中，它们明显属于" 物" 的范畴，它们不依赖于我们人的感觉而客观独立的存在着。 至此我们明白，物理概念来自于我们人的感觉，脱离我们人而不能独立地存在，而某些几何概念，比如空间、物质点不依赖于我们人的感觉而客观、独立地存在着。 对此，物理学的开山鼻祖伽利略早就说过：我们五官感觉到的世界它的存在是虚假的，而真实存在的却是它背后的几何世界...... 这些用几何概念描述的空间、物质点和我们对感觉描述出来的物理概念有什么关系呢？对这些，笔者有着这样的看法： 宇宙中真正存在的只有物质点和它周围的空间，不存在第三种形态能与之并存的东西，一切物理现象只不过是点在它周围空间相对于观测者运动的一种表现而已。 这些现象如能引起我们人的感觉, 我们对这些感觉加以分析, 概括便形成了物理概念。 前面有关" 事" 和" 物" 的讨论应该使我们明白只有物质点和它周围空间是物，客观存在的，而物理概念，比如声音、颜色、热、力、速度......等只不过是现象，是物的一种表现，属于" 事" 的范畴。我们一定要严格地区分它们，不能把" 事" 简单地看作是一种特殊的物质。 以上加粗的一段话非常重要，它是本书的基本思想和基本理论，这个基本原理又叫物理世界存在的虚假性定义, 它直接否定了" 场" 是一种特殊的物质，场要么是空间、要么是物质点！ 值得注意的是该基本原理还否定了时间是客观独立于我们人而存在的，是构成宇宙的基本要素。时间也只是一种现象，脱离了我们人而不能独立地存在着，这一点可能绝大多数读者都不会相信，在后面时间的物理定义中再来详细地分析时间。 以上加粗的一段话提到了：一切物理现象都是点在它周围空间运动形成的。点在它周围空间运动是什么运动？只是机械运动而已。这个原理如果是正确的话，可见机械运动虽是简单的运动，各种复杂的现象，以及各种复杂的运动，比如电力、磁力这都是由机械运动构成的。非但如此，对于有些物理现象，我们还不太了解他们的本质，比如质量、电荷,各种场......这些本质上人们还不太清楚，但我们可以肯定的是它是由物质点在它周围空间如何运动而形成的。 这个定理还告诉我们，像时间、场、速度、能量、质量、电荷、力-----这些物理概念都是物质点在空间中如何如何运动形成的，运动刺激了我们观察者的感觉，我们观察者通过感觉而描述出来的，因而他们的存在是有虚假性的。 质量是某某在空间中如何运动形成的。 电荷是某某在空间中如何运动形成的。 能量是某某在空间中如何运动形成的。 力是是某某在空间中如何运动形成的。 ---------- 场比较特殊，它是由空间本身运动变化形成的。这个以后我们还要详细的讲。 时间也比较特殊，它是由我们观察者自己在空间中运动形成的。这个以后我们也要详细的讲。 既然在物理学中这些基本概念都是物质点在空间中相对我们观察者运动形成的，设想有另一个观察者随着物质点一同运动，在这个观察者测量不到这些物理量的，这就意味着这些物理量都具有相对性，都应该随着参考系的改变而改变。 这样我们把相对论中相对性原理扩展到所有的物理现象中。对于象光速、电荷为什么相对于不同的惯性系有相同的数值，这个原因是光速、电荷相对于不同的惯性系相应的有不同的表现，结果导致在不同的惯性系光速和电荷相应的有相同的数值。 我们还要注意，运动是相对于我们观测者而言的，没有观测者谈论运动是没有意义的，物理学中的运动是我们人描述出来的，这个是统一场论基本看法，很多人是不会接受的，这个我们以后还会讲到的。
三，时间的物理定义
时间在物理学中是个基本但又不容易定义的概念， 历史上一些哲学家、物理学家给时间下的定义，大体上可以分为两大类，一类认为时间是一个客观存在的东西，与我们人的存在是不相干的，脱离了我们人照样存在；另一类认为时间是我们人的一种感觉、一种意识，脱离了我们人不能独立存在。 上面的物理世界存在的虚假性定义中明确指出宇宙中真实存在的东西只有物质点和它周围的空间，不存在第三种能够与之并存的东西。时间既不属于空间、也不属于物质点，因而时间也只是一种现象，在第二节中讨论的" 事" 和" 物" 中看时间也应该属于" 事" 的范畴，因而不能像物质点那样把它看作是一个具体存在的东西，它不能脱离我们人而独立地存在着。一句话，时间也只是一种现象，来自于人的一种感觉。 上节中指出，除了空间和物质点，所有的物理概念都是某某物质点在它周围空间运动引起我们观测者的某种感觉，我们对这种感觉加以分析、概括，再形成物理概念。因而时间这个物理概念也可以这样认为：时间是某某物体在它周围空间运动引起我们人的一种感觉。为了精确的定义时间，现在我们只要搞清楚两个问题，第一个问题：什么东西在空间运动引起我们有时间的感觉；第二问题是：这个东西是如何在它周围空间运动的。 什么物体在它周围空间运动才使我们观测者具有时间的感觉？这个物体是我们赖以生活的地球吗？当宇航员登上月球他们仍然具有时间的感觉。这个物体同样的道理不会是恒星和太阳，也许会有人认为：会不会是很多物体，或者说是宇宙所有的物体共同影响我们观测者，才使我们有了时间的感觉，仔细地分析一下，这个看法也是靠不住的，让我们做个假想实验，答案将一目了然。 设想：现在用宇宙飞船把一个人从地球上接走，送到某处空间区域里，在这处空间区域里，没有一个物体，别的星球离这儿都非常非常遥远。宇宙飞船把这个人送到这里丢下后立即返回，而在这种情况下，我们可以设想这个人仍然具有时间的感觉，在他心中时间仍然是一分一秒地走。根据我们前面的看法，他获得时间的感觉起因是某某物体在空间位置中以某种方式变化，而在这种情况下，这个物体只有这个人的身体而已。因此，唯一合理的看法则是：时间是观测者对自身在空间位置中以某种方式不断变化、运动的一种感受。至于观测者是以什么方式在空间运动才具有时间的感受，这个问题将在以后加以讨论。在多数场合可以简单地认为： 时间只是我们人对自身在空间位置中变动的一种感受。 这个有关时间的物理定义如果的确是正确的话，可能人们仍然有许多疑问。很多人会提出各种各样的问题。 1，在人类没有出现之前的时间如何理解 ？ 在网上大多数人反对我这个时间的定义，提出最多的一个反驳理由，其实这个反驳理由流传了几百年，这就是： 人在地球上生活也不过只有一百多万年历史，单地球形成至今就有四十六亿年，那么在人出现之前早就有了时间，如果认为时间是人的一种感受，这段时间在没有人的情况下存在着，那怎能说是人的感受呢？
其实这个反驳理由是一个错误的逻辑，是我们没有过细思考的结果。 时间的过去和未来同样都是以现在作为参照系来定义的，换句话，只要有现在，便就有过去和未来。 如果地球上从来没有人的话，那就无所谓过去和未来。因为没有了人，又哪来的" 没有人之前" 或" 没有人之后" 的时间。没有人之前、没有人之后这两句话是个病句，之前、之后都是靠人的存在去定义的，没有了人，怎么去定义之前、之后。这是个比较隐蔽的逻辑错误，不易被人注意，才流行了几百年。 时间的先后、现在如同地理位置的东西南北，任何地方的东西南北都不是绝对的，都是相对于我们人来说的，想想看没有我们人，哪来的东西南北？哪来的上下左右？哪来的先后？ 2，时间会不会是猪、牛之类动物的感受 对于我这个有关时间的物理定义，有人问：时间会不会是猪、牛之类动物的感受，如果是又怎能精确定义为人对自身在空间位置上变动的一种感受，或者干脆称为猪对自身在空间位置中变动的一种感受，如果不是原因是什么？仅仅是因为猪大脑不及人大脑聪明？其实，时间的定义广义的可理解为：能够对运动感知的物体对自身在空间位置变动的一种感受，人把这种感受用时间这个词来表达出来，而猪也许只会用" 哼哼" 这个词来表达这种感受。 3.，时间如何同一个运动的物体相联系 我们描述一个物体在空间中运动，最简单我们需要了解某段时间在空间中移动了多远。在我们不清楚时间是什么尚不显露问题，一旦确认时间只是人的一种感受，我们的问题自然而然地讲出来了；这个运动的物体能够和我们这种感受联系得上吗？退一步问：我们不在这个场合，这个物体的运动就不能描述吗？或者说没有一个确定的运动形式吗？在物理学中强调的是效果。有一个物体在观测者我们看来是静止的，则完全能够把这个物体和我们合二为一看则是一个物体（尽管我们人有血有肉、头脑发达、化学性质同这个物体可能千差万别），对于我们描述一个物体相对于另一个物体来说完全可以的。这样的话，在描述一个物体在空间位置变动时，有观测者在场时，观测者会说它某段时间内该物体走了多远，观测者不在场时，观测者总会寻找一个参照性的物体，暗暗地把自己与之等同起来，认为这个参照物体与观测者合二为一，实际上大家也是这么做的，我们描述一个物体运动总要指出它相对于我们观测者的位置如何如何变化- - - - - 或者相对于我们认为静止的物体（观测者把它同自己合二为一、看作一个物体）如何如何变化。 4，时间的公共尺度问题 时间可能是张三对自身在空间位置变动的一种感受，也可能是李四对自身在空间位置变动的一种感受，单地球就这么多人，大家怎么会有一个公共的测量时间的尺度？ 所有的运动的观测者、感知者对自身在空间位置上变动的感受理所当然会在头脑中记录下来，然后把它同地球的转动、太阳的运动、铯原子的振动、脉搏的跳动......等其中的某种运动等同起来，大家最后约定把自'身在时间位置上变动于其中某种运动等同起来，这样便有了一个公共的测量时间的尺度。 5，如何看待" 时间只是个过程" 有的人认为：客观冷静地分析" 时间只是个过程" ，这个判断不会出错，则反过来证明，时间是人的感受的观点是错误的。观测者在空间位置不断地变化当然也是个过程，认为时间是个过程当然不会出错，这种时间的看法对于时间的本质上认识只是不清晰、不够深罢了，并不是两种观点相互抵触。 6，认为时间是人的一种感觉会不会是一种唯心主义观点？ 如果认为时间是人大脑里想象出来的，与所有的物体和空间都不相干，这才是真正的唯心主义观点。从以上有关时间的定义可知，时间是人对自身在空间位置中变动的一种感受，它显然与人这个物体有关，并且是在空间（当然也是实实在在地存在着）里变化，描述一个实实在在的物体在客观存在着的空间中运动，怎能简单地认为是唯心主义呢？ 7，如何重新看待相对论中关于描述单一物体在空间中运动是没有意义的 相对论认为：描述物体在空间位置中运动变化必须相对另一个物体才具有物理意义，描述单一物体在空间中运动是没有物理意义的。而在以上的时间定义中，明确指出时间的概念的获得源自于观测者一个人在空间中运动，这二者显然矛盾，那么，究竟需要修改那一种思想呢？在笔者看来，要描述某个物体在空间中变化具有物理意义，必须指明相对于某个观测者而言的。描述物体在空间中运动只有相对于某个确定的观测者才具有物理意义。描述一个物体相对于另一个物体的位置变化未必就一定有物理意义。 在上一节曾提到过：一切物理现象只不过是物质点在它周围空间运动的一种表现而已，点在它周围空间运动引起了观测者的感觉，观测者对其加以分析，总结便形成了物理概念。一句话描述物体在空间位置中变化，只有相对于一个明确观测者才具有物理意义，在没有观测者或不指明哪一观测的情况下，描述物体在空间位置中运动都毫无意义。我们在描述地球上的物体（比如人造卫星）常以地球作为参照物，实际上我们观测者把自己所处的位置与地面所处的位置等同起来，换句话来说，我们人与地球合二为一看成为一个物体，在问题（三）中我们就讨论过这个问题。 有关运动的牛顿力学相对性原理以及相对论的相对性原理都不够彻底，更彻底的运动相对性原理应该是：描述物体在空间位置中的运动变化只有相对于某一个确定的观测者才具有物理意义。 8，观测者为什么一定会在空间位置中变动 ？ 按照以上有关时间的物理定义，如果处于空间某处的观测者不在空间位置变动，那么这个观测者将不具有时间的感觉。现实世界中从来未发生过那个人没有时间的感觉，这从反面说明处在任何一处空间区域里观测者的位置总是要变化。至于为什么一定要变化，以及如何变化在我其他文章中以有详细的描述。在这里我简单地讲一下： 在物理学中运动状态和几何中的垂直状态是等价的，一个物质点处于垂直状态中其位置一定会变化。 9，观察者是以什么方式在空间中运动产生了时间？ 这个问题的论证非常复杂，在我其他文章中有详细的描述。 在这里我只是简单地讲一下。我们观察者是以螺旋式在空间中运动的。 10，时间为什么不能够倒流？ 时间是否能够倒流，相对论认为是不可能的，相对论认为是先有原因后有结果，时间倒流违反了因果论。相对论关于时间乱七八糟的说了一大气，由于相对论是个不彻底的理论，它只说了时间具有相对特性，于我们的观察者的运动相关，至于时间到底是什么相对论没有告诉我们，相对论只是指出时间是相对的。 统一场论同样否定时间倒流的可能。统一场论是个彻底的理论，它指出了时间的本质，在时间是否会倒流的问题上，能够给我们一个比较清晰、满意的解释。 按照前面时间的物理定义，时间是我们观察者对自己在空间中运动的一种感受。任何一个观察者存在于空间中，他周围的空间都以光速离开这个观察者向外辐射运动，时间等同于空间以光速运动，如果这个空间运动有对称性，时间的倒流就有可能，遗憾的是，空间以辐射式在运动，没有对称性。时间是空间以光速相对于我们运动，它的反方向运动是不存在的，也可以认为反方向运动和正方向运动是绝对等价，也就是正反都是时间，因而实际上就没有正反，也就没有时间的正流和倒流。 有人认为，根据相对论，只要能够超光速，就可以实现时间倒流。从统一场论来看，即使有超光速出现，也就是相对论不能够处理超光速现象，没有很强的理由断定时间可以倒流。 统一场论用几何图形画出了时间，空间的运动产生了时间，而空间这种运动是没有对称的，统一场论在几何上揭开了时间不会倒流。 11，观察者能否感觉到自己在空间中运动的？ 我们知道人有听、嗅、味、色、触五大感觉。空气的震动传到我们的耳朵，我们有了听觉，嗅觉是我们通过鼻子获得的，味觉是我们通过舌头获得的，光照射到我们的眼睛，我们有了颜色的感觉。触觉是物体直接撞击我们皮肤的结果，热也可以说是触觉的一种。 对于一些人不明白的的感觉，人们统称为第六感觉，人们往往对第六感觉很神秘。我认为还有一种加速度感觉也是很常见的一种感觉。 在一个上升或者下降的电梯里，在一个起飞或者降落的飞机里，在一个刚启动或者要停止的汽车里，人们对速度的变化（也就是加速度）感觉是很明显的。这种感觉和以上的五种感觉明显对不上号，它属于人的另外一种感觉。人生活在地球上对重力的感觉肯定是对加速度感觉的一样的。人对重力的感觉常常不以为然，宇航员一旦到了太空，处于失重状态，人对于重力感觉的差异的体会可就太深刻了。 人的听、嗅、味、色觉本质上应该都是触觉，前面我们讨论过一切物理现象都是物质点在空间运动所形成的。空气中分子作用在我们的耳朵使我们有声音的感觉。嗅觉和味觉也是分子作用于我们的鼻子和舌头。颜色的感觉是光刺激了我们眼球的结果，而光实际上也是一些微小的粒子。但是人对加速度的感觉与这些是不同的，它是人自己在空间中加速运动形成的。 人的身体可以说是由各种组织构成的，而各种组织又是由分子构成的，这些分子由于分子之间的相互作用力而构成一个整体，人在做加速度运动时，影响了这些分子之间的作用力，这个应该是人对加速度感觉的根本原因。 我们还可以做个试验，把一个人蒙上眼睛，用一个金属棒缓慢的贴近这个人的耳朵，你问他是左耳朵还是右耳朵，一般人回答正确的概率是非常高的，人的这种感觉明显不同于前面的六种感觉。有关人的感觉，我们知道的并不多，所以有的人用这个来攻击我的有关时间的物理定义是不可取的。 人对时间的感觉与对加速度的感觉有相似的地方。本质上都是我们自己身体在空间中运动引起我们自己的一种感觉，虽然我们暂时不了解，但我们不能够就轻易地说不存在。 以上有关时间的物理定义如果确是正确的话,不说明我们对时间认识已经完成，而只是对时间的真实面目认识的第一步，因为在这以前绝大多数人都认为时间是一种客观存在的东西，是宇宙的组成部分。从以上的分析来看，这种看法是根本上错误的。 回顾一下历史,牛顿力学认为时间自行流逝,于我们观测者无关.相对论力学认为时间于我们观测者的运动有关。在一场论里我们进一步指出，时间不仅于我们观测者的运动有关,而且就是我们观测者自己在空间中运动所造成的. 要改变人们对时间根深蒂固的看法是非常困难的，在以后的章节中，根据时间的物理定义，通过严格的逻辑推理，可以证明相对论中作为基本原理的光速不变性。
四，，物质为什么会运动
世界万物都在运动，物质为什么会运动？这个问题看似普通，却实难回答。 牛顿的惯性定理指出，宇宙中任何一个物体都试图保持匀速直线运动状态（包括速度为零的静止状态），直到有外力迫使它改变这种状态为止。按照这种看法，物体运动是物体的本性，在不受力的情况下它就这么一直运动下去，但这个定理不能够解释物体为什么一开始就要运动。 据说有人问牛顿，地球、太阳、星星、世间万物运动是由于惯性，地球、太阳-----的运动惯性一开始是怎么来的，也就是第一推动力是怎么来的。如果没有这个第一推动力，太阳系中的所有行星是无法产生一个和太阳引力方向基本上垂直的初始运动速度。这样太阳系中的所有行星，都应当在太阳的引力作用下，被太阳的引力所吸引而落向太阳表面。由于这个第一推动力作用的结果，太阳系中的行星才能得到和太阳引力方向基本垂直的一个初始运动速度，它们才可以在和太阳保持一定距离的轨道上绕太阳运动，从而逃过了在太阳的引力作用下被太阳吃掉的厄运。 如果把物质理解为仅仅是物体，大多数人会说是力使物体运动，那么力的本质又是什么？这个也不好回答。 运动是自然界中最为普遍、本质的问题，在这里我们将对这个问题的认识更深入一步。 前面提到的物理世界存在的虚假性定义指出：我们五官感觉到的物理世界，它的存在是虚假的，而真实存在的是他背后的几何世界。物理世界是我们人对几何世界的描述出来的，换句话，物理现象只是几何世界的一种表现，几何世界的存在是基本的。 统一场论的基本思想是物理学中的运动现象是我们人描述出来的，一旦把这个人为的因素去掉，运动现象将还原成一个几何状态。从这个定义中我们可以看出，物理现象和几何世界有对应关系，可以说，任何一个物理现象都对应一个几何图形。但是，对于每一个具体的物理现象，我们如何去判断他所对应的几何图形呢？这个方法我想是不存在的。它只能由我们预先做出假设，然后根据这个假设所推导出的结果和我们所掌握的知识是否相符合来判断这个对应关系是否正确。
首先，我们来判断一下在物理学中涉及到的运动现象所对应的几何图形是什么？前面讲过，这个判断是没有什么好方法，只能做出假设。我对此的假设为：物理学中所描述的运动现象和几何学中垂直状态是相对应的。也可叙述为：物理学中所描述的运动状态和几何中的垂直状态是等价的。 在几何中和垂直状态相对应的还有平行状态，这种平行状态也可称为平行性质，在物理学中所描述的正比性质等价于几何中的平行状态，可以看出：两个物体量可以用线段来表示的话，如果互相平行，则这两个物理量一定成正比关系。由于我们讨论范围有限，所以不再讨论分析别的物理现象所对应的几何图形是什么。但这个工作值得人们去做。 以上加粗这句话非常重要，因为运动现象在物理学中是最基本的现象，因而找出它所对应的几何图形显然是非同小可。对于这个等价原理，我们要从非常高的角度去认识它：这个等价原理反映了自然界中运动现象我们人从不同的角度（也就是从几何学角度和从物理学角度）去看待而出现的不同结果。 这个等价原理反映了自然界中最本质、最核心的秘密，因为从它出发可以解释重力，电磁力及核力、电荷、质量、光速、能量、动量、光速等等一系列物理概念及现象。但是，我们也不能狭隘地去解释这个等价原理，比如说我们看到家的墙角是垂直的，怎么看不到墙角在运动？ 对于这个等价原理，我们在这里将进一步去分析和推理。现在我们设想某处空间区域里，只存在着一个物体,我们观测者就住在这个物体上，这样这个物体和我们观测者就可以合二为一看则是一个物质点（实际情况在这里我们是在考虑单一物质点和它周围空间之间的关系）。因为这个物质点处在三维空间中，这样经过这个物质点可以作三条相互垂直的线段，因而这个物质点毫无疑问处于垂直状态中，根据垂直状态和运动状态相等价原理（为简单起见，以后简称这种等价原理为垂直原理），这物质点将无疑会在空间中运动，它处于空间中位置将会变化，带着互为因果的思想，既然垂直状态决定了处于其中的物质点的位置会发生变化，而变化的结果肯定反过来又可以重新构成一个垂直状态。因而对以上加粗那句话我们进行分析，并进一步推理出以下一条基本原理： 在空间中任何一个处于垂直状态中的物质点的位置必然要发生变动，并且它运动的方向是不断地变化的，这些不断变化的方向又可以重新构成一个垂直状态。 对于真实存在于某处空间区域里的一个物质点，以上的基本原理告诉我们这个物质点它所处的位置必然要发生变化。但它将如何变化呢？一个处于三维空间中的物质点，它运动的方向不断地变化很显然不是走直线运动，只是走曲线运动方向才不断地变化。至于走什么曲线运动使得这个不断变化的方向可以构成垂直状态呢？物体的运动轨迹是曲线的，常见的有抛物线、双曲线、圆和椭圆. 其中只有圆和椭圆可以作两条相互垂直的切线。我们知道，过椭圆作两条相互垂直的切线，肯定是一条长一条短。而在这里，我们描述的是一个单一的物质点在空间中运动的情况，对于这个单一的物质点，它周围的空间对这个物质点来说没有哪个方向是特殊的，显然是均匀同向的，没有理由会出现两条切线一条长、一条短，因而合理的看法这个物质点走过的曲线肯定是正圆。 一个值得注意的问题是，过正圆只能做出两条相互垂直的切线，前面加粗的那段话提到：这些不断变化的方向又可以重新构成一个垂直状态，按照互为因果的思想，既然现实空间是三维空间的，即过一点可以作三条互相垂直的有向线段，那这个物质点运动走过的轨迹应该可以作三条相互垂直的有向线段，而不只是两条互相垂直的切线。因此合理的看法则是：这个运动的物质点走过的圆形轨迹不是封闭的，而是在圆的平面相垂直的方向上延伸。至此我们可以做出判断： 在任意一处空间区域里，存在着一个物质点，它一定在这处空间区域里运动，并且走过的轨迹是条螺旋线。这个规律同样可以推广到质点外的空间中的任意一个几何点上（对于几何点这个名词在这里需要解释一下，我们可以把一条线段看作是由无数个点构成，一个平面也可以看作是由无数个点构成,同样道理,物体周围的三维空间也可以看作是由无数个点构成.由于这些点毕竟和普通物质点有着本质区别，因而可以取一个恰当的名字叫几何点）。对于某处空间区域里，设想存在着一个物质点O，我们观测者就住在这个物质点上，这样对于这个物质点周围空间任意一个几何点P的位置总是在运动变化，并且运动所走过的迹径也应该是个螺旋线。 如果读者对以上的看法有些怀疑，似乎可以举一个简单的反证可以推翻以上的看法，比如自由落体运动，我们人手里拿起一块石块，将手松开石块从手里落下，落在地面上,这个符合以上提出的观点的前一部分，但该石块却以直线运动，这和带点的这段话的后部分显然是矛盾的，这个是什么原因呢？ 其实，这个石块只是以一种近似直线运动，如果有仪器测量的话，石块多少有一点绕质心旋转运动，加上直线下落运动，仍然是一直螺旋式运动。 我们手上拎一根棍子，只要达到一定的高度，放下后，往往是手拎的那一头先落地。 自然界中，小到电子、中子、质子，大到地球、太阳、银河系，所有的物体无一例外都是以螺旋式在运动。 我们所生活的三维空间就是由物体螺旋式运动形成的，反过来也可以说三维空间决定了物体存在于空间中一定会以螺旋式运动。
五，空间为什么是三维的
在我们所生活的空间中，过一点最少可以作三条相互垂直的线段，我们一般称为三维空间。为什么恰恰是三条，不是四条，不是二条？这个是什么原因呢？这个里面是否隐藏了什么特别的、重要的秘密？ 传统理论是无法解释这个问题的，只有统一场论可以做出解释。统一场论认为自然界中一切物体都是以螺旋式在空间中相对于我们观测者运动，如果我们觉得这个物体是静止的，这个物体周围的空间也以螺旋式运动，空间的三维垂直状态是空间本身以螺旋式运动所造成的。 物体和空间为什么会以螺旋式运动呢？ 在以上的《物质为什么会运动》中提到的垂直原理认为：物理学中所描述的运动状态和几何中的运动状态是等价的，在空间中任何一个处于垂直状态中的物质点的位置必然要发生变动，并且它运动的方向是不断地变化的，这些不断变化的方向和走过的轨迹又可以重新构成一个垂直状态，结果使这个物质点走过的轨迹是条螺旋线。 这个垂直原理解释了空间中的物质点为什么会在空间中运动，并且指出了会以什么形式运动。我们在这里不用力的概念，而是用垂直原理去解释了宇宙万物为什么都要运动。 前面的物理世界存在的虚假性原理指出：宇宙是由物质点和它周围的空间所构成，所以空间的存在和物质点是平等的，空间不依赖于我们的感觉而独立存在，空间的存在是实在的，垂直原理应该同样适用于空间。 由于在空间中任意一点都可以作出三条相互垂直的有向线段，这样垂直原理告诉了我们，空间本身肯定是时刻在运动变化的。 在宇宙中，我们仔细观察将发现，小到电子、质子、中子，大到地球、太阳、银河系，所有的物体，甚至连空间本身都是以螺旋式运动。 我们设想一下，一个物体以直线运动可以认为产生了一维空间，以圆或者曲线运动产生了二维空间，以螺旋式运动我们很自然的认为产生了三维空间。也可以反过来讲，一维空间决定了物质点会以直线运动，二维空间决定了物质点会以圆形或者曲线运动，三维空间决定了物质点会以螺旋式运动。空间的维数和物质点的运动形式相关的，这个是统一场论的看法。 在以后我们将看到，物体相对于我们观察者以光速运动，这个物体所生活的空间在我们观察者看来在运动方向上的空间将消失，这样三维空间变成了二维了。统一场论认为，物体的运动速度和所在的空间的维数有互补性： 当物体相对于我们观测者匀速直线运动时候，沿运动方向所在的空间长度相对于我们观测者将会缩短，当这个物体相对于我们观测者以光速运动时候，这个物体运动方向上的一维空间相对于我们观测者将消失，这个物体在我们观测者看来将生活在二维空间中。反过来，一个物体在我们观测者看来生活在二维空间中，一定会以光速相对于我们观测者运动。这些看法以后我们还会详细的讲。 两个观察者相互静止，他们各自以自己所在的位置为原点建立一个直角坐标系，并且使两个坐标系相互平行。统一场论认为，一旦两个坐标系之间相对运动起来，本来相互平行的两个坐标系将发生旋转，发生旋转的角度随着相互运动的速度而加大，当速度达到光速时候，坐标系将旋转90度。 相对论也认为，一个物体相对于我们观察者匀速直线运动，这个物体在运动的方向上长度要收缩，当这个物体的运动速度达到光速，长度将收缩到零。 对相对论这个观点我们应当重新认识一下，在最基础的运动学和动力学中，我们一般把物体抽象为一个质点，再去讨论质点的长度便失去了意义。准确的看法是这个物体在运动方向上的空间相对于我们观测者将消失，统一场论也继承了相对论这些观点。
空间明显不同于物质点，对于空间本身运动我们如何去描述呢？ 我们可以把一条线段看作是由无数个点构成，一个平面也可以看作是由无数个点构成, 同样道理物体周围的三维空间也可以看作是由无数个点构成，由于这些点毕竟和普通物质点有着本质区别，因而可以取一个恰当的名字叫几何点，通过描述几何点的运动可以描述空间的运动。 设想在某处空间区域里，存在着一个物质点O，我们观测者就住在这个物质点O上，这样，我们观测者可以和这个O点合二为一变成一个物质点。对于物质点O周围空间中任意一个几何点P的位置，在我们看来总是在运动变化，并且运动所走过的迹径也应该是个螺旋线，这个实际上就是我们所生活的空间为什么是三维的真正原因。 我们如何来描述空间这种螺旋式运动？我们知道，在数学上螺旋线的参数方程为: x = RcosF 5， 1 z = kF 5， 3
上式x y z 为 几何点P 在原点为 O的三维直角坐标系中的坐标值, R为失径OP在 x O y 平面投影长度，F是参数,也是 OP在 x O y 平面上投影直线于 x 轴的夹角,。这条螺旋线是由几何点P绕z轴旋转又沿z轴方向前进所产生的。 几何点P的运动如果是匀速的， K为常数，当O点相对于我们观测者静止，它周围空间均匀同向，处处相等，P点没有理由是不匀速的。 K=常数 5，4 根据以上的看法，几何点 P的三维坐标x,y,z是随参数 F不断地变化的， 式中的x y z当然是随便取的,不是确定死的。 这样我们由垂直原理获得了一个崭新的空间概念----螺旋空间 在牛顿力学和相对论力学范围内认为上式中 x =常数 y =常数 z =常数 我认为空间这个螺旋式运动里面还包含着波动运动形式。 我们知道，螺旋式运动和波动是有很大区别的，但是对于空间这个特殊的东西却有可能共同存在着。 比如描述空间的运动，动力学是没有意义的，因为空间中的几何点没有质量，没有电荷，只有运动学才具有意义。 空间中一个几何点做螺旋式运动当然不会有波动形式，但是一排几何点做螺旋式运动情况就不一样了。 我们知道，波动是振动位移形式在媒质中传播，而不是质点在空间中运动。由于空间的特殊性，一个几何点和另一个几何点是绝对没有区别的，一排几何点在做螺旋式运动和振动形式在一排几何点中传播是没有区别的。 空间的特殊性，使我们认定空间以螺旋式运动里面包含了波动形式。
以上的几何点P只是物质点O周围空间中任意一个几何点，O点周围空间肯定有许多个像P点那样的几何点，由于相同的原因使这些几何点运动，因而这些几何点的运动不会是杂乱无章的，而是以O点为中心，向四周辐射。 由于O点相对于我们观察者是静止的，使得无论OP指向哪一个方向都不是特殊的，它周围的空间应该是均匀的。这样的结果会使得O点周围空间的几何点运动的旋转运动量x和y消失，原因是在一块空间平面上有多少条几何点的旋转线穿过去，就有同样多条几何点的旋转线穿出来，穿出来的和穿进去的由于数目相等将相互抵消。 这个有点像磁场的高斯定理。磁场的高斯定理告诉我们，磁场的磁通量包围积分为零。在上面的5，1式和5，2式是中和磁场的情况类似，其结果是x = RcosF和y = RsinF在O点相当于我们观察者静止时候不需要考虑 现在只剩下 z = KF 5，5 在以上时间的物理定义中，我们给时间下的定义为：时间是我们观察者对自己在空间中运动变化的一种感受。用数学表示为：时间与我们观察者走过的路程成正比。由于运动是相对的，我们观察者如果认为自己是静止的，这个观察者周围空间中任意一个几何点相对于我们都在运动。很显然，究竟是几何点在运动还是我们观察者在运动，这个不重要，只要几何点和观察者之间有相对运动----相对论特别强调这一点。 几何点的运动同样可以表示出观察者的时间来。因而也可以这样认为： 观察者测得的时间与观察者周围空间中某一个几何点的位移成正比。 这样我们有理由认为5，5式中参数F就是时间。 将5，5式的参数 F 换成时间t , K 换成 C , 则5，5式可以换成 z = C t 5,6 在考虑O点相对于我们运动，或者O点周围空间中局部范围内一个几何点的运动情况，5,1和5,2式仍然会有意义的，相应的5,1和5,2式可以改成 x = Rcosωt 5,7 y = Rsinωt 5,8 在以上5,6和 5,7、5,8式中ω是角速度，t是时间，z是个几何点的直线位移，也可以看作是一条数轴，它也可以代表时间，这样一来，t和z是等价的，二者表示同样的物理意义------沿某一个方向相对于我们观测者运动变化的空间。 5，6式方程所表达的意思是-----时间的流逝等价于空间本身的延伸，这个方程反映了时间、空间的统一性。相对论中有时空相对性-----空间的缩短导致时间的延长，与之相对应，统一场论中有时空同一性。时空同一性反映了这样一个物理思想，相对于我们一个观察者而言，发生的事件所在的空间范围越大，所经历的时间就越长。例如，地球绕太阳运动比起原子中电子绕原子核运动所在的空间范围要大得多，而运动周期相应的也大得多。 5,6式中C在这种情况下也就变成了一个单纯的常系数，C既然只是个不变的数字，它肯定不会因观察者的改变而改变，C在量纲上是个速度或者是个速率，联想到相对论中的光速那些特性，我们有理由相信这个C就是相对论中提到的光速。 可以看到，时空的同一性是最基本的，光速不变就反映了时空的同一性，时间本质上就是空间在运动，我们人用时间这个词语把它表达出来而已。或者反过来讲，时空同一性决定了光速不变。从时空的同一性可以导出时空的相对性，下一节我们将从时空的同一性来证明光速不变，再从光速不变出发导出相对论中的时空相对性。 下一节我们要来详细证明光速不变性。
.六，光速为什么不变
光速不变严格的讲包括以下三种情况： A：发光的光源相对于我们观测者静止，所发出的向外辐射的光，不论强度大小，速度都是一样的，每秒30万公里。 B：两个相互匀速直线运动的观测者测量同一个光源发出的光的速度都是每秒30万公里。 C：两个相互做加速运动的观测者测量同一束光的速度都是每秒30万公里。相对论分狭义相对论和广义相对论，B是狭义相对论的基础，C是广义相对论的基础。 我们首先来解释A情况。 光的本质现在被公认为电磁波，它是由麦克斯韦方程导出的。 我们现在用简单的用语言来描述一下从麦克斯韦方程中导出电磁波的过程。 设想有一个质点Q，带有电荷，相对于我们观测者静止，按照静电场的高斯定理，这个点电荷Q周围的电场线是从Q点出发，向无限远处的空间延伸。而按照统一场论的看法，场的本质是运动变化的空间，并且在上一节《空间为什么是三维的》中也提到，任何一个质点相对于我们观测者静止，它周围空间都以光速相对于Q点辐射式向外运动。两种看法一结合，可以认为高斯定理中的静电场其实就是以光速向外辐射运动的空间。 当Q点由静止状态突然加速运动起来，运动一会儿后又静止。按照麦克斯韦方程，这个扭曲状态会以光速向外运动，在统一场论中，这个是以所当然的，就好像有一个向四周匀速喷水的水龙头，当水龙头突然的抖动一下，水柱的扭曲状态会以水流速度向外延伸。 麦克斯韦方程认为，以上扭曲的静电场就是由静电场和在静电场垂直方向上加速变化的电场叠加而成。按照麦克斯韦方程的看法，加速变化的电场会在其垂直方向上产生一个加速变化的磁场，而产生的加速变化的磁场又可以在其垂直方向上产生加速变化的电场。 由于这个加速变化的电场和加速变化的磁场以光速在空间中延伸，因而变化的磁场和变化的电场（相对于我们观测者）不局限在某一处空间区域里，其结果是加速变化的电场和加速变化的磁场、光速度三者相互垂直，从Q点出发，以光速辐射式向外传播，而且携带着能量。麦克斯韦方程认为这个就是电磁波，并且认为光的本质也就是电磁波。 统一场论和以上看法基本相同，稍稍有不同的是，统一场论认为，能量是物质点在空间中相对于我们观测者如何如何运动所形成的，而加速变化的电场和加速变化的磁场本质就是变化的空间，不具有能量。但是，光或者叫电磁波，在实验中发现具有能量，而且具有粒子性质。 我想这个原因是发光的物质所发的光不是单个点电荷所为，一般都是集体所为，大量的带电电荷共同相互作用而向外发光。加速变化的电场和加速变化的磁场在空间中扫到一些像电子之类的实物，迫使这些电子随着加速运动的电磁场一同运动，这个才可以叫真正的电磁波，是真正的光。 从麦克斯韦方程导出电磁波过程，结合统一场论的场的本质是运动空间，我们可以看出，光的运动速度是由空间运动速度决定的，于光源发光的强度没有关系。 前苏联物理学家切仑可夫发现的切仑可夫效应使我们知道了光进入物质媒介中，速度要慢下来，比如，光进入水中，速度要减少四分之一。但是，光一旦从水中出来时候，速度又回复到原来的水平，在真空中，不可能有什么东西再次给光加速，唯一的原因是空间本身就是以光速相对于我们观测者在运动，光是静止于空间中，被空间运动带着向外跑的。 打个比方，机关枪发射子弹，如果弹药足，爆炸力强，子弹的速度就快一些，反之就慢一些。现在设想有一个皮带运输机高速运转，我们抓一把枪子弹放在上面，这个枪子弹的运动速度和方向只能由皮带运输机的速度决定了，与我们如何放的方式是无关的。 我们知道，声音的速度是由空气的性质决定的。在物理学中，波的传播是由波的媒介的性质决定的。如果把空间也看则是一种媒介，则光的传播速度是由空间性质决定的。 我们要注意一个事实，相对于我们观测者静止的声源，发出的声音的速度可以看成是一个常数，一旦这个声源相对于我们观测者运动起来，声速和声源的速度可是要叠加的，在生活中，我们知道顺风传播的声音比逆风传播的声音的速度要快一些。 而光速不变的B情况，是无法用媒介决定波动速度去解释的。现在关于光速不变的B情况来源，不但普通人有许多误解，就连教科书的叙述很多都是混乱的。 有很多人认为，光速不变的B情况，是麦克斯韦方程首先认为的，这个看法是不准确的，麦克斯韦方程严格的讲只能确定光源相对于我们观测者静止情况下，光速是一个常数，对于光源相对于观测者运动时候，光速是不是不变，麦克斯韦方程是不能够确定的，就是麦克斯韦本人也没有过细的考虑这个问题。 比如，物体的质量相对论发现是相对的，随着物体的运动速度增加而增加，而质量是产生万有引力的根源，按照这个思想，万有引力常数似乎也是随着速度而变化的，但是，现在几乎没有人提到过这个问题，没有人对此感兴趣。 从麦克斯韦方程导出的光速取决于真空中的介电常数和磁导率，而真空中光速的平方被定义为真空中的磁导率和介电常数的乘积的倒数，可见真空中光速关键取决于真空中的介电常数，一句话，关键是真空中的介电常数是不是随着观测者的相对运动而变化。 静电场的高斯定理指出介电常数反映了真空传播电场的一种特性，人们在实验中发现，静电场的高斯定理对于运动电场仍然是正确的和有效的，不需要修正，这个使人们意识到电荷相对于我们观测者运动时候，介电常数不随之变化，这个使人们进一步意识到光速应该不随观测者的运动而变化----这个就是以上所说 B情况的来源。 下面我们再来分析B情况是出自什么原因。 狭义相对论的光速不变是指B情况，不过最让人觉得不可思议的、不能接够受的也就是这种光速不变。 狭义相对论中的光速不变严格的讲是：一束光相对于任何观察者（包括两个相互以匀速度v(v＞0)直线运动的观察者）速度都是相同的。 相对论的基础就是光速不变性，但是相对论没有给出证明，只是把它作为事实接受了下来。相对论两个基本假设是，1，物理规律对于不同的参考系有相同的形式，2，不同的参考系测量同一束光速度是相同的。我们可以看到，这两个假设没有什么逻辑关系，从第一个假设不能够导出第二个假设来。第二个假设也不能够导出第一个假设。 光速不变性的B情况，原因是时间、空间本性决定的，是空间本身运动所造成的，我们要想解释清楚，关键是要知道时间的本质。 按照统一场论的思想，空间本身时刻相对于我们观测者在以光速运动变化的，光是静止于空间中，被空间运动带着向外跑的。有了这种看法加上前面的时间的物理定义，我们就可以证明B情况下的光速不变性。 上一节分析告诉我们，时间就是空间在运动，一个观察者处于空间中，他周围有无数个几何点以辐射状向外运动，这个就是产生时间的根本原因。并且进一步推理认为：时间于我们观测者周围空间中几何点走过的路程成正比。 设想有一个物质点O处于某处空间区域里，我们以 O点为原点作一个二维直角坐标系 xOy ， 观测者甲相对于O点静止，当然相对于直角坐标系 xOy . 也是静止的。而观测者乙相对观测者甲以速度为v沿x轴作匀速直线运动，如图所示。
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