空间简析
本文的空间是自然的物理意义的空间。论说空间,不可避免要评价牛顿的绝对空间观和爱因斯坦的相对空间观,也要对许多有一定影响的空间论断作出分析和评价。空间的本质在于“无”。这个“无”可表述为无性质、无作用、无运动、无边际、无方位、无类别。空间理论要避免把无变为有,将空间物质化。有关空间的概念很多,但要很好地表述空间还应该有适当的概念加入。为此本文提出物外空间、物内空间、全部空间、实际空间和理论空间等概念。空间其实并没有太多要说的,倒是空间与其他事物的关系值得一谈。作者在《时间概论》中对空间与物质,空间与时间等问题作过简单论述,在本篇有必要再提出作深入讨论。
一、影响最大的两种空间观 (一)牛顿的绝对空间观
牛顿在《自然哲学的数学原理》中说:“绝对空间,就其本性而言,是与外界任何事物无关而永远是相同的和不动的。” 这句话是说,客观世界中的空间是绝对的独立存在的,不受物质的影响。其实,牛顿所说的绝对空间并不存在,但由于这个绝对空间不干涉物质,它不发生变化反倒有利于认识物质的运动变化规律,所以绝对空间观尽管不正确但无害处。
绝对空间观认为空间与物质不相干,即空间可脱离物质也不受物质运动的影响而独立存在。牛顿推出绝对空间后,将其应用到绝对运动上,他说: “绝对运动是一个物体从某一绝对的处所向另一绝对处所的移动。” “真正的、绝对的静止,是指这一物体在不动的空间的同一个部分继续保持不动。”光绝对空间在认识客观事物上不正确倒不要紧,但以绝对空间为前提,推出相对于绝对空间作绝对运动或保持静止的论断就有问题了。
牛顿的绝对空间和绝对运动的观点受到十九世纪末的马赫激烈批判。今天看来,他们各有对有错。牛顿认为“在绝对空间有绝对运动”是错误的,但他在同一书中说“物体的惯性是它自身的属性”无疑是正确的颠扑不破的真理。反对牛顿绝对空间的马赫,在他的《力学及其发展的批判历史概论》中说:“物体的运动不是相对绝对空间的绝对运动,而是相对于宇宙中其他物质的相对运动”是正确的,但他又说,“物体所受的惯性力不是虚拟的而是一种引力的表现,是宇宙中其他物质对该物质的总作用”和“物体的惯性不是物体自身的属性,而宇宙中其他物质作用的结果”又是错误的。需要指出,马赫说的“惯性力不是虚拟的”正确但不能说是一种引力,也不是宇宙中其他物质对该物质的总作用。
有人说绝对空间是牛顿为解决惯性系问题引入的概念,好像有点这个意思但主要还是说明空间。牛顿第一定律成立的参考系也叫惯性系,惯性系是作匀速直线运动的参考系,确定它作匀速直线运动的根据是什么,即相对谁的匀速直线运动。这在当时是个难以解决的问题。最好的解决办法是找到一个绝对不动的空间作参照。牛顿认为引入绝对空间便彻底解决了惯性系及其他运动的判定问题,其实真的有绝对空间也解决不了,因为绝对空间中没有可供定位的标志,任一处都是相同的空白,而空间中一切物体都在运动,所以作不了判定物体静或动的参照。
牛顿不完全是绝对空间思想,他还有相对空间思想。牛顿阐述绝对空间后继续说:“相对空间是一些可以在绝对空间中运动的结构;或是对绝对空间的量度,我们通过它与物体的相对位置感知它;它一般被当作不可移动空间,如地表以下、大气中或天空中的空间;都是以其与地球的相互关系确定的。”牛顿的相对空间属于物体内的物质空间或地面附近有松散物质的空间,不属于真正的空间。牛顿的相对空间与爱因斯坦的相对空间是两码事。
纯净的空间是人的主观设定,这种空间设定是排除或忽略了其间的物质,是为研究的方便设想的理想状态,在现实中是不存在的。牛顿的相对空间观不被人们重视,因为那不是真正的空间,至少说那是空间与物质掺杂的事物。牛顿的绝对空间的错误,在绝对空间的客观存在和充当绝对参考系上,去除这个错误,有用因素所剩无几了,因此还是摈弃牛顿的空间理论为好。
牛顿的绝对空间和绝对运动思想受到他同时代人的批评,其中有科学家莱布尼兹和大主教贝克莱等著名的人物。然而,绝对空间观点还是为大多数人所接受,在牛顿后二百多年的理论和应用上有问题但没有产生什么不良后果。马赫的反对没有摧毁绝对空间,但摧生一种有悖常理的相对空间理论,一个叫做相对论的时空理论颠覆了绝对空间,用能够伸缩的弯曲的可变化的相对空间覆盖了物理世界。
(二)爱因斯坦的相对空间观
相对空间是实际的变化的空间,最著名的居统治地位的相对空间是爱因斯坦的相对空间。爱因斯坦的相对空间是可伸缩又弯曲的空间。而这个弯曲空间不是弯曲管道中的空间,是物体外的实际空间发生了弯曲。若问空间为什么收缩了,相对论者回答是速度太快使空间收缩;若问空间因何弯曲及什么力量把它弄弯曲了,相对论者回答是物质分布造成的。
首先提出空间收缩猜想的是洛仑兹。十九世纪后期,著名的迈克尔逊----莫雷试验宣布了以太的死亡,迷信以太的洛仑兹为救活以太,想出一个1减(V/C)平方再开方的式子(也叫做洛仑兹因子),来表达空间在收缩,但没有得到科学界普遍认可。爱因斯坦将洛仑兹的观点发扬光大,将数学概念和物理概念杂交,用虚拟的一静一动两个由杆构成的框架(充当坐标系)和一个光信号,推出几个赋予物理成分的数学公式,即以洛仑兹名义命名的的洛仑兹变换。
这个变换荒谬绝伦,现代科学的一切谬误和混乱都肇始于这个变换(实际应叫做爱因斯坦变换)。一静一动两个坐标系是数学的东西,用在物理上就是以物体为依托的参考系。再退一步说,事实上可制造两个参考系的实物模型,并使一个相对另一个作匀速直线运动,动模型中有接收光信号标志或装置,光信号被接收后能咋地,能产生实际物理作用吗?这个用数学因素和物理因素拼凑的变换作成数学式子不代表能产生实际结果。就这么一个没有丝毫物理价值和作用根据的洛仑兹变换,就能使运动的物体时间变慢、空间收缩、质量变大、质能互变,简直是法力无边神乎其神。
收缩空间是狭义相对论的产物;弯曲空间是广义相对论的产物。广义相对论建立在等效原理和广义相对性原理上,其中的广义相对性原理没什么价值,主要利用等效原理。等效原理的核心是引力与惯性力等效,爱因斯坦没有惯性力概念,而用引力与惯性力的载体引力场与加速参考系等效。他将这个原理从物体运动推广到光的运动,用分析失误的思想实验得出光在加速参考系中弯曲等效于光在引力场中弯曲;再往后抛弃了引力场,说是因为大质量天体形成了时空曲率,即空间发生弯曲使光在其中运动随弯就弯。
爱因斯坦认为:引力其实不是一种真正存在的力,而是看不见的空间弯曲或不够平坦造成的假象。说引力不是一种真正的力或不存在引力,别人说出尚可,爱因斯坦说出是出尔反尔过河拆桥。广义相对论打底时制造等效原理为什么用引力和引力质量,难道引力专给等效原理应用。爱因斯坦不愿提引力或很少说引力,但为相对论理论作应用规范和推广的人们却离不开引力,如常说狭义相对论缺少或没有顾及引力,广义相对论是为解决这个问题而创立,甚至美其名曰广义相对论是爱因斯坦创立的没有引力的引力理论。广义相对论只在说空间弯曲时否认引力,其余部分并没有离开引力甚至用到极端。
广义相对论说物质使空间弯曲,并没有说明这种弯曲是静止的还是运动的?若大质量的天体运动时,空间弯曲随天体运动而变化,那么天体运动离开了被自己弯曲的空间后又恢复了原状。这样还好一点,但不能不说空间有弹性了,如何解释空无的空间的弹性呢?若被弯曲的空间不随天体的离开而变化,那么天体运动轨迹就会像一个空心管道一样。这种空间弯曲后不随天体的离开而变化,整个太阳系内的空间就成了一团乱麻,发射飞船或行星探测器简直是无法想像的。
空间本来简单,相对论者将物理空间暗换为数学空间弄得复杂了。本来可伸缩和弯曲的相对空间将世界扭曲得够严重了,再将空间与时间结合成所谓的四维时空,让时间也随着空间弯曲,真是越整越邪。好在四维时空是一个空中楼阁,只进入观念不进入实际事物。
二、正确认识空间的其他障碍 (一)空间弯曲模型忽悠人
问中学生空间什么样,很可能回答空间是喇叭形状的。在前不久电视转播外国科普节目中,看到好像用蹦床、保龄球、高尔夫球组成的模型来演示天体附近的空间弯曲。保龄球放在蹦床上,使绷平的床面向下弯曲,再用高尔夫球从弯曲的边缘滚入,球在向下凹的喇叭口状曲面上围绕保龄球转几圈最后撞到保龄球上并靠到一起。
对这个模型进一步解释是:牛顿是从上往下看,看到行星在椭圆轨道上绕恒星动转;爱因斯坦是从上向一边偏斜看,看到一个弯曲的空间。这似乎说牛顿看的是投影图观察片面,爱因斯坦看的是立体图观察全面。恒星附近的空间弯曲了,行星的空间也应该弯曲,这在模型中没有表现。这个不知什么天体造成空间弯曲的模型展示说服力并不充分,把地球、月亮和太阳的运动做一个空间弯曲模型效果才好。
空间弯曲模型利用地球的重力和物体弹性形变来表现天体对空间的影响,非但不能表现所谓的空间弯曲,反而暴露出道具的拙劣可笑,可以说是自欺欺人。天体运行按这种形式和规律运行的吗?要是那样的话任何行星最终都要掉到恒星上去,并且运转不了几圈。地球人感觉和确定的上下是地球引力所致。地球人的上是背离地心的指向,下是指向地心。宇宙空间没有上下之分,就像空间试验室中的失重情况一样。远离天体的空间中是找不到上下方位的,所以上下概念不可随意地推广到空间上去。
近代星系研究揭示主序星系的天体产生于同一团宇宙尘埃。空间弯曲模型演示的是行星从外部闯入恒星的弯曲空间,就等于说弯曲空间理论中的行星、恒星等天体没有自然的联系,天体系统产生于偶然。牛顿的行星绕恒星是在万有引力的作用下,并且可以推测行星与恒星共同起源于一团宇宙尘埃。爱因斯坦的弯曲空间摈弃了引力,恒星、行星和卫星等天体怎么产生的,又如何呈球体形状?若物质能自发形成球体,这种自发里难道不蕴含某种作用吗? 空间本身没有一定的形状。特殊情况下物体决定空间形状,如物质围起的空腔空间或物体内部实在的物内空间,但这不是空间(物外空间)。白纸上可以作画,空间就像一张白纸(只用白纸的白,并当作空白),说空间是平直的或弯曲的,就像在白纸上画直线或曲线,都不是空间的本来面目。空间是空白的或者说是空虚的,给加上平直或弯曲的形状都是人的意志加给空间,这样的空间或被赋予物质性质或纯粹一个数学的虚拟空间。
空间弯曲的模型,货真价实地表现了对弯曲空间认识和信服,这都是有关学科把相对论奉为圭臬并且作为必修必研理论造成的后果,对中学生甚至大学生的科学观念形成有害无益。空间弯曲模型的忽悠干扰人们对空间的理解和认识,还有一些偏颇或模糊的关于空间的说法,也程度不同地影响我们对空间的正确认识。
(二)其他偏颇或模糊的空间说法
“空间是运动的表现形式”。
“空间是静止的”。
“空间是物质存在的属性”。
“空间各向同性”。
“空间是物质的存在形式”。
“空间是物质的相反的存在”。
“空间是具体事物的组成部分”。
“空间其实是人们的一种感受,或者一种感觉的形式”。
三、认识空间 (一)空间是什么
说空间首先要说物质。人离不开物质,甚至人本身也是物质的,但我们通常说的物质都是人及其他生物以外的。人类生活在地球上,地球是有界面的,地球表面(与空气无关时忽略大气层)即界面。地球表面向内是地球物质,属于地球,但向外还属于地球吗?显然继续用地球或地球所属并不能恰当地表明地球外的区域,这就需要有另外的概念来表示,即把地球及其他物质之外的空旷叫做空间。空间一词即可指所有空间也可指局部空间。局部空间是小范围的一般指天体附近或天体间的区域空间。
古希腊哲学家德谟克利特认为,空间是无物的“虚空”,物质在虚空中运动。这个虚空也被说成真空。后来人们有了宇宙空间的概念,又认为宇宙空间是真空,即日月星辰在真空中运行。由于宇宙间有尺度不同的各种天体及微观的粒子在游荡,因而通常说的空间不是真空,真空是人工的实验室中产生的。宇宙的尺度的无限大,星系间或主序星系间有巨大的空旷,空旷中有极少的粒子物质也不可能均布,比较小的区域可能相当于真空。很明显不能说不好确定在哪的小区域真空或虚空有什么使用价值,终归要忽略。特别地,空间中的物质是运动的,某一局部真空不能长久存在。
也许人们对空间的空旷在观念上不能接受,两千多年来,总有人认为空间中充满一种叫做以太的物质。在十九世纪末的迈克尔逊——莫雷试验否定了以太存在,被以太充实的空间一下空洞了许多。但在迈莫试验否定以太以前,麦克韦斯的电磁学理论成功使用“场”概念,于是人们在否定以太后几乎一致认为空间中充满特殊的电磁场物质(通常形容为:看不见、摸不着、可叠加),进而给引力也弄一种引力场物质。空间又被充实起来。从以太到场物质的特殊物质说,好像官民两科都不实际探索但又特别在意。
不说光、微波等电磁波能量,单从物质来说,近代发现空间中除天体外还有宇宙尘埃,还有脱离天体的分子和射线粒子等,人们逐渐认识到绝对的虚空不存在,天体外的空间不是真空。空间不是虚空或真空,空间中有物质在运动。空间中的物质有些集中,如恒星、行星等天体;有些因恒星爆炸弥散形成宇宙尘埃;弥漫的尘埃物质在引力的作用下密集成团块,最后又形成恒星、行星等天体。无数天体再结合成星系。行星与恒星间,恒星与恒星间,星系与星系间都存在着广阔的空间,而且各种天体在这没有边际的空间中运动。
空间对于物质来说,当作物体运动的一种条件,天体星象一个背景,一个物质外的广袤空无来理解,不是真的把宇宙排除掉物质来显露空间(尽管是思想上的)。空间超然物外,它无条件地容纳物质而不对物质有任何影响和作用,也就总是被动的而没有主动的作为,任凭物质弥散或聚集结合成团块占据并运动。空间没什么内在性质和形态,不像物质的千姿百态和千变万化。
空间是“无”的单纯,空间中有物质不是空间的不纯,而是物质在空间中的存在和运动。不可将现实空间当作虚空与物质的混合。世界上没有真正的绝对纯净的自然物质,人们研究和利用时都取其近似或忽略其他物质。说空间不空,指空旷中仍有极少量物质的空间实际情况。但人们理论研究的空间大多指理想的空间或纯净的空间,尽管这样空间不存在,但研究空间必须作出理想化的假设认为其存在。
空间不能膨大或缩小,也没有平直或弯曲状态。膨大、缩小、平直、弯曲都是物体的属性,硬加到空间上去要在空间中填充物质,或就是物质的空间。有材料说,“相对论认为空间发生形变的难度是钢板的一千多倍,若把空间比拟为毯子,在上面放一个太阳般的天体,它只能在这个毯子上产生几个原子大小的凹痕。”这种说法的真实性值得怀疑,但给人疑问不是是否存在硬梆梆的空间而是有谁相信这种说法。
(二)提出新的空间概念
经典力学对空间的解释:宇宙中物质实体之外的部分称为空间。这个定义是从一般意义而言的。具体的空间描述还要有各种相应的空间概念,通常叫做某某空间。本文认为现有的空间概念有的合适,有的不合适。
合适与不合适的空间概念姑且不论,为了清晰明确地说明空间,有必要增添关于空间的新概念,本文提出几个新概念是:物外空间,物内空间,完全空间,实际空间,理论空间。
物外空间。
物内空间
全部空间
实际空间
理论空间
(三)空间的本质
古往今来,有关空间的论述很多,但多将空间归属于物质较少涉及独立的空间的本质。本文在经典力学的空间概念定义的基础上,对空间本质作细致的理论表述。
空间的本质是绝对的。理论空间是绝对的,实际空间是相对的。实际空间是区域的空间,说它是相对的是空间形式的变化或空间中有不同的物质。物体外的空间因物体的运动变化,物体间的空间的形式也在变化,这只能说空间形式的相对性,而不是空间本质的相对性。
空间的本质是什么?空间的本质是“无”或“空无”。但这种无不是纯粹的无,总有非天体的零星物体或粒子在其中运动。我们说空间都指理论上的无,忽略其中的零星的稀疏的物质。物质不属于空间本身,即空间中的物质不归空间所有,不是空间的成分。
“无”的空间是忽略其中物质的理想的空间,不等同什么也没有的真空或虚空,这种无表现为:
1、无性质。空间是物质实体外客观存在的空旷,它没有内在的性质,任何空间的性质、特性、属性等说辞都是空话。
2、无运动。空间谈不上运动或静止。物体对物体运动有相对性,物体对空间就没有运动的相对性。可以说物体在空间运动,但不能说空间对物体同样作相对运动。需要指出,物体在空间运动靠别物体判定而不靠空间判定。
3、无作用。物体与物体间有相互作用,事物间也有性质不同的种种作用。物质的演化是自身的性质使然或别物质的作用。空间对物质没有作用,不影响不干涉物质运动和变化。物体占据空间,空间并不反抗。
4、无边际。人类对空间范围的认识,从宇宙空间的意义上说,不断扩大的范围是地球附近空间、太阳系空间、银河系空间、一千亿以上星系的可见宇宙空间,仍没有确定的空间范围。空间有没有边际可能人类不能最终探测证明,但还是认可空间没有边际即无限空间合适。
5、无方位。我们平时说的上、下、前、后、左、右等到方位,是依托物体划分并在空间上的延伸,空间本身不存在方位。将一个坐标系放入空间做物理试验并不可行。人类确定的方位是在地面附近的空间里,但脱离不开地面的限制,比如地面上南方向延伸到南极点时不能从地面和空间再延伸。
6、无类别。空间按不同角度描述可有不同的空间说法,但空间的本质决定空间没有种类。不存在这里的空间与那里的空间相异。就像水物质在在任何地方都是同样的分子组成一样,水中有别的分子或原子不是水的成分。本文说的理论空间,现实空间、物内空间和物外空间等空间,是从不同的问题和意义看空间,不是空间的种类。
四、空间的主要关系 (一)空间与物质
空间是个独立概念,但空间不能与别事物无关而独立。不包含物质的空间是牛顿的绝对空间或今人理想的纯粹空间,事实上都不存在。毫无疑问,与空间关系最密切的是物质,物质占据空间并在其中运动。物质的物体表面内的空间,可当作物质自有的属性,然而关于空间是物质的属性的说法大都指物外空间。物质不能完全占据充满空间。假设物质结成团块的各种作用消失了,团块物质弥散开来,也只是物质粒子的间隔大了,空间与物质共存的形式变了但实质不变。
物质是人类意识的认识对象,也是人类实践利用和改造的对象。与人们关系密切的空间是物质墙体围起来的房屋的空间,在大致确定了房屋使用的面积和高度后的工作在于墙体构筑。这种由物质的物体外框决定的内部空间,外部的物质形状才是设计和制造的主体。人类的活动能改造物质不能改造空间,只能用物质构造使用的空间。人类的特殊活动也注重空间,如发射卫星与太空飞船特别要研究空间,其实还是探测空间中粒子、射线、等物质以规避其对飞行器的影响。
空间与物质是客观世界的主要组成部分,从自然的意义来说谈不上谁主谁次的位置。对于生物界和人类社会来说,物质无疑是主体位置。物质与空间是两种事物,已形成两个独立概念,因此不能说物质属于空间或空间属于物质。空间与物质的关系,要分自然属性和社会属性,从自然属性上说,空间与物质不分主次;从社会属性上说,物质与空间是以物质为主体的不同事物的关系,空间连“次”都谈不上。人类对待空间与物质,除与运动有关的事物要利用空间外,大多时注重与已密切相关的物质而不理会空间。
空间与物质的关系有必然的联系,但没有因果关系,没有相互作用。空间不作用于物质,物质也不能作用空间。物质运动不断地占据物外空间,同时又因运动退出占据的空间。物质的存在产生物内空间,物内空间在物体内,空间被物质充实是物质取代空白,并没有消灭空间。从形式上说,物内空间只不过比物外空间的物质多而已,但已从量变产生质变,即空间“变”物质,此空间才成为物质的附属----物质空间。
空间与物质是自然的共存关系。说空间离不开物质或物质离不开空间可谓赘述,因为那是不以人的意志为转移的的客观世界。物质的界面外的物外空间不能说物质产生,倒是空间容纳物质。某一范围的空间内物体发生膨大或缩小(其实微不足道,这里夸张地说),物内空间即变大或变小,物外空间随着变小或变大,但区域的全部空间不变。这种放大物质作用的空间随物体的变化而变化,完全由物质决定。
空间是永恒的,物质也是永恒的。说物质永恒是指物质不灭,物质可以从一种形态变为另一种形态,但总体上是不能消失的。除去空间的形式变化外,实质的空间既不能产生,也不能消灭。空间中有物质,物质外和物质上有空间,空间与物质不能澄清分离。说空间无中生有产生物质,或说空间和物质从某一时刻通过某一奇点爆炸产生,都是不值得讨论的问题。
(二)空间与时间 1、 再说时间
我们每天都使用时间,但找不到时间在哪里。时间之所以给人以观念却看不见摸不着,是因为它是主观的而不是客观的,任何客观事物要与时间有联系都必须变为主观概念在人的意识里与时间概念会合。如人看钟几时几分,是计时器表示的时间在意识上的反映,而不是客观的时间在钟上表现。表示一个物体在空间中运动路程和时间,都是人动脑计算和动手画图模拟,而不是到现场测量。
空间在宇宙中客观存在,时间是人的主观创造。时间概念的客观基础是事物过程,它依赖地球的运动但不能说地球的运动就是时间。空间与时间没有自然的联系。客观的空间与主观的时间能够通过物质的运动变化联系起来,是经过人思维活动实现的,这时的客观的空间和物质已经变为主观的概念。这种通过物质的运动变化联系的空间和时间,不能在客观世界里展示而只能在人的主观世界里作出的认识和描绘。那种认为物体的运动联系客观的时间和空间,是主观想象的客观情景。
人类自己的活动过程和事物的变化过程使人们产生时间的意识,地球的自转和公转过程给予人们标准的时间尺度,由此产生自然的时间单位日和年。但是这还不够,还要对日单位再细分时分秒等社会时间单位,才能适合人类社会对时间的精确利用。人的思维创造的时间,又将这个时间反馈给客观世界,即用钟来表现流动的时间。钟走时咔咔声响和秒针的跳动,显示出时间一秒一秒地过去,好像真的有个客观的时间在流逝。人们的一切社会活动都要遵守这个“客观”的时间,也就习惯地接受了钟显示的时间对人的约束和事物过程的量度。
钟是时间的代表物,它不以物质的含义表示时间。钟发明后基本成为时间的化身。人类在发明钟以前就有了时间的概念。钟(以机械钟为例)是一种计时的机器,它以弹簧的弹性势能为动力,通过一套复杂的释放和传动机构带动与时间单位时、分、秒等量进位的指针转动,指向以半日时间长度在圆盘上均分的进位的时、分、秒标记显示时间或时刻。钟显示的时间是事物发展变化过程的人制定的参考标志,没有客观的时间决定事物的发展变化过程和钟的走时。人们若明白钟的原理,还会相信时间变慢使钟的走时变慢的荒唐说法吗?常当作证实相对论的证据即说有美报载飞机上原子钟变慢验证了时间变慢的报道,实属无稽之谈。若真的有时间变慢,反映到钟上是走时快了。
时间是事物运动过程的抽象概括,它是人主观创造和设定的量度事物过程的统一尺度。空间是容纳物体存在和运动位移的自然条件。空间与时间不是什么对立统一体。二者不是相互依存的关系,没有时间,空间依然故我的存在。物质不能直接产生时间,是物质的运动过程产生时间,更准确说是事物运动过程在人的意识中产生时间,离开了人的意识就没有时间。自然属性的宇宙成分没有时间,天体自己不计生长变化年龄的。
从社会历史的发展看时间(词典上的解释),时间只有过去、现在、未来三部分,其中现在流动不息;现在逝去的变为过去不可再现;现在进入未来使未来变为现在才可展现。通常人们认为时间从过去流向未来,即现在流动变为过去并进入未来。从这个视角看时间的流逝,只能看到现在永不停息地向前流动,而人们的行为始终面对现在,时间又永恒地表现于现在。地球自转的景象变化和人的行为过程在变化,使人们感觉现在在流动,其实这个现在是意识中的时间在流逝,
2、塑造不成型的四维时空
空间与时间在相对论中统一为时空,并具体地将时间作一维加上空间的三维,组成四维时空。四维时空的常见表述是:“四维时空的意义就是时间是第四维坐标,它与空间坐标是有联系的,也就是说时空是统一的,不可分割的整体,它们是一种‘此消彼长’的关系。”这个不可分割的整体看不见摸不着,谁也说不清时间和空间怎样连接的。“此消彼长”是什么意思,是空间消了时间就长了还是空间长了时间就消了?同样谁也说不清。
空间坐标系通常叫做三维坐标,对应的空间即叫做三维空间。由于实际并不存在有维度标识的物理空间,所以三维空间终归是空间的数学量度或计量。之所以用三维坐标量度空间,是因为空间的广延只用三维即完全确定,再加一维是多余的,减少一维或二维是不合适的,而且也不存在二维和一维的空间和物体。一维、二维只用在纯数学的虚拟空间里。现实中有些事物只考虑长短或只考虑长宽并不用维数术语,如没人说一条绳子是一维的桌面是二维的。
表现空间的“维”是空间坐标轴。空间轴上有长度刻度,它是物体运动的变化的参考标尺。一维时间用时间轴,其上也有年月日时分秒时间单位的刻度,其实时间轴也只是一个时间参考系,用来比较或量度具体事件过程的时间。一事件过程终结,在时间轴上位置不变,但时间还在流动。空间轴与时间轴是一种固定的参照,将后一刻度到前刻度看作空间和时间数学意义的变量,但是空间不流动时间流动,时间的变量与时间流动不是一回事。物体在空间轴上可双向运动,在事物过程在时间轴上只有单向变化,这使一个空间轴和时间轴组合的坐标系具有限度。
在空间直角坐标系中,表示物体运动开始往往设在坐标原点,时间也就从此算起,物体在空间运动,某轴显示的投影长度即物体在此轴方向上的距离。时间在哪呢?时间只能在物体运动的路程上,路程的长度中包含时间过程。只有在物体运动的时间----位移的平面坐标系中,纵轴表示路程,横轴表示时间,才能表现运动过程中位移和时间变化的对应。给实际空间架设三维坐标,是不自觉地用数学空间置换物理空间。当然三维空间可看作是空间的数学化,这时客观空间已经变为主观概念的空间。
相对论者说“时空是统一的不可分割的整体”,并且说是客观存在的。人们以前没有发现和利用这个整体的时空,在解决运动问题上并没有什么困难和缺陷。时间是人类创造的量度事物变化过程的主观概念,空间是客观存在的表现物质外形和物质外空旷的无限容纳量度,将二者合为一体作为一个客观事物,只有主观的述说而没有客观的反映。所谓的四维空间或四维时空找不到摆放时间轴的方位,因而时间变量无法对应空间变量,各变量没有一个对应点的维数统称(四维)就不成立。本来时间和空间不能结合成客观的时空,给不成立的时空加上四维参数真是越描越黑。
四维时空属于臆想的塑造,根本造不成型。人类发射卫星和宇宙飞船,天文学研究从太阳系到河外星系,没有一处涉及所谓的四维时空。飞机和飞船的航行还是在地球实际大气层空间和太阳系空间,而没有航行在大气层时空或太阳系时空。事实上,四维时空仅是个空洞的理论摆设,没有实际应用价值也无法应用。物理中不可将四维时空当作真实存在,但将时空一词当作时间和空间的简称或用到文学中还是可以的。
跟迷信的说神道鬼相似,人们只是人云亦云的在文字上或口头上说四维时空如何如何,没有人画一个四维轴坐标系及其间的物质运动的图示,因为人的主观意识中产生不出四维时空框架的表象。客观世界里没有四维时空,主观世界里也形成不了四维时空,或许四维时空只存在于一些人的信仰里,归根结底是一种现代迷信。
(三)空间与引力
两天体的空间间隔远大于天体直径,却有力在两天体间作用,人们不能接受物体间的力可以超越距离隔空作用,就要给力找一个传递煤介使力从其中运动通过间隔的空间,于是古代传说的以太物质、今人猜想比电子更细微的粒子物质、不可知的特殊的引力场和电磁场物质等不一而足,用这些有名无实的臆测物质填充空间来传递力以抵制难以想象和接受的物质超距作用。人们传说传递或通过力的物质在空间到处存在并均匀分布,但没有人去研究实验这充斥空间触手可及俯拾即是的专门传力物质。
万有引力在两天体上各自对对方作用。以一方对另一方作用来说,如地球对月球的引力,肯定是地球所有物质粒子对月球的所有粒子作用。若力必须直接经从空间中的特殊物质从地球到月球上去,首先要从地球内各处运动到地球表面,再走上特殊物质粒子在空间形成的路或桥经月球表面分散到月球各粒子上去。这种设想是合乎逻辑的,引力不这样传播还有别的形式吗?就算力能在物质中移动,如何经过不同质地和密度的物体内物质,再通过空间的特殊物质运动到受引力天体上去,而且还要源源不断地进行,难道没有疑问吗?就算地球的引力能运动到月球,能在地月之间起一条绳子牵拉状的作用吗?
物体对物体能产生变形或移动的作用称为力。力是抽象的客观存在但不是物质般的实体,它是物体间的“事”。 它依附于物体,既实际存在又是无形的,与运动、过程等“事” 的非实体性相同。力联系相互作用的两物体,但不能在物体中移动。用一刚体杆推一物体,是刚体的不变形可移动的性质在推作用物体与被推物体之间起到直接联系的效果,而没有力从刚体杆的一端移动或传递到另一端。机械力可通过中间物体传递,一定要通过传递物体上产生的弹性力转换。
机械力的传递需要中间物体的弹性保障,有弹性的物质材料不能是松散粒子。引力与机械力不同,机械力发生在物体的端面,引力看作集中在物体的质心。而且也不可能是物体上普通物质与空间的特殊物质间先产生引力作用,再接力式地传给另一物体。相隔很远的两物体相互作用,要通过空间。空间里若真充满某种特殊物质,也不能传递力,倒要影响天体及物体的运动。一物体对另一物体用力,受力物体运动或变形,变形物体中没有力在内部运动,物体的力仅作用在接触面上,做不到力透物背。
说物体间的引力作用是靠力在煤质中传播进行的,是把力物化了当作一个实体。人们津津乐道力的传播,可能认为粒子承载力或粒子运动输送力,如同车或船载货物似的。人们无法想象和认可通过空间间隔有不经传递的引力作用,就能想象和认可粒子间引力被一粒子承载再转载给另一个粒子吗?而粒子间还是有间隔的,引力难道在粒子间有搬运装卸或是自己跳跃通过空间的?这种力的装卸或跳跃并不存在,力不能像实物似的在物质中运动也不能从一物体转移到另一物体上。
机械力作用的两物体,接触点在微观上还是有空隙,不可能是物质原子的电子与电子接触,或原子核与原子核接触。这就是说力的直接作用在微观上也没有直接接触仍保持微小间隔,一物体对另一物体接触的力是靠近处的分子间斥力作用。力若不会跳跃越过物体微观的间隙,就说明物体间的力都是非直接接触的作用。引力作用的两物体的超距作用属于物质的吸引性质。这种性质超越物质界面广延到空间,用一物体的引力场(牛顿引力场)对加另一物体作用表述更为合适。
从上述力作用可以推论,无论机械力还是引力都不存在力的传播,均是微观或宏观的非接触作用。力的非接触作用,使所谓交换什么粒子传递吸引作用的猜测也不能成立。引力作用的天体相距遥远,但力随相隔距离的增大而非线性递减,算作距离对作用的自然影响。也就是这种影响,才没有使宇宙中一切物质集中到一起。
(四)空间与宇宙
宇宙两字,“宇”代表上下四方,表示广袤的空间;“宙”代表古往今来,即表示所有的时间,古代智者总结为:四方上下曰宇,古往今来曰宙。宇和宙合起来构成新的概念----宇宙,所以宇宙一词有全部的时间和空间的意思。 把“宇宙”的概念与时间和空间相联系,体现了古人的智慧,现在看来有可取之处但还是有失偏颇。因此中国古人对宇宙的看法,只有参考意义,不能全然接受来用作当代宇宙的定义。
宇宙包含和容纳事物的全部要通过宇宙空间展现。宇宙是唯一的,代表事物的全部和所有。宇宙再划分叫宇宙区域或局部宇宙,不可将宇宙分化为不同种类和属性的若干个独立宇宙。若那样划分宇宙,就像将迷信中的阴阳两界,或神话里的许多重天的说法推给现实世界。宇宙是无限的,人类对宇宙的认识,追根究底也只能认识局部宇宙。然而总有人试图建立宇宙模型,提出概括宇宙运动变化的规律,这反映了人类好大喜功的特点,总想囊括一切问题毕其功于一役解决之。
有人维护宇宙有限无边说,对质疑有限无边人反驳说:“就如同一个球的表面,你能找到边吗?”。其实,这是搅理。球面没有边,平面就有边吗?一个平面只有确定什么形状平面,才能找到界限即边,这还得从数学意义上说,物理上更重要的是表面或说是面。物体上有边或面,空间是找不到边或面的。边通常是线形的界限,面也是一种界限,对于形体来说,面界限比线界限更有代表性。宇宙不是一个平面形状也不能确定是球面形状,不能以无边就认定宇宙有限。宇宙范围的意义是有限还是无限而不是有边还是无边。
以客观的角度描述宇宙,宇宙的最基本要素是空间与物质,再扩充要素可加入能量但不能加入时间。能量由物质发出,但物质不能消失全变成能量,也没有与物质无关独立存在的能量。时间是人类创造的虚拟事物,有人类社会才有时间存在。人类主观认识、描述和改造客观世界需要时间概念,没有人类的世界不需要时间。上述宇宙的要素不包括时间是从宇宙的自然属性而言,若从宇宙的全部还要包括人类的主观世界上说要加上时间。时间属于意识和社会,存在于以社会属性为主的世界中。
相对论的时间理论以物体的运动速度越快时间流逝越慢,限于物体运动达到光速时时间停止。后来的霍金等名家发展宇宙理论,提出了物体运动可以超光速设想,并认为运动超光速时间要倒流。设想是美丽的,但有人提出个祖母悖论,说的是孙子乘时光机器回到过去杀死了年轻时的祖母,于是产生孙子从何而来的矛盾。为此霍金提出了平行空间或平行宇宙的理论以解释祖母悖论。平行宇宙的理论比相对论更荒谬,不值得研究和批驳,接触这种理论不要当真,权当神话或鬼故事听之罢了。霍金其人身残志坚,精神和行为的努力无人可及令人尊敬,但为相对论的荒谬所误导,一直做着发展荒谬的理论研究,令人惋惜!
结束语
空间没有许多的内容供给研究和认识,赋予空间过多或不恰当的内容会适得其反。空间很简单,物质很复杂。空间与物质相比,空间惟一的优越之处是:空间不能没有。物质可没有,如某区域空间没有某种物质,而且无物质即空间,实际有物质也没有消灭空间,而是将空间包含到物质中去了。
绝对空间观错误,相对空间观谬误,那我们用什么空间观呢?其实不需要再弄出个什么观取代绝对和相对的空间观。人类立足于地球上,生活上利用和改造地球的物质,还要探索、研究邻近行星和卫星,更远地研究星系和宇宙的天体,总是联系物质,只有特殊的情况才考虑有关的具体的空间,但对象往往是空间中粒子、射线和磁场等物质和能量而不是空间本身。
作者:郭连成 2012年3月8日 于哈尔滨 |