第九节  自然界结构与统一原理

一、自然界的结构

    按照中国人的理解，自然界也就是宇宙。大约在2500年前后，老子曰：“往古来今谓之宙，四方上下谓之宇。”庄子认为，四方上下是无边无际的，古往今来是没有穷尽的，也就是说，宇宙在边界上是无穷的，在时间上是无始无终的。世人见到的只是宇宙变化的一个个瞬间，在这一个个瞬间中，到处是有形可见，有物可感的实体。这些物体千姿百态，形象各异。上面是天，下面是地，天地之间，有万事万物。

    四方上下就是前后、左右和上下三个方向。古往今来是过去、现在和将来一个顺序。古人把广阔无限的三维空间称为“宇”；把无始无终的一维时间名为“宙”。宇宙是时间与空间密切相连的一个整体，也就是自然界是由时间和空间构成。空间是一个个瞬间的客观存在，时间则是把这一个个瞬间的客观存在按照某种顺序运动起来。于是：

自然界 = 时空 = 时间 + 空间

二、空间的结构

广阔无限的三维空间中存在有“实”和“虚”两种状态。已被某种东西占有，能阻碍其它东西进入的空间称为实空。否则是为虚空。我们知道，物质是对空间的占有，因此，物质就是实空。物质是客观实在，虚空是客观存在，根据经验，物质只能在虚空中运动。因此虚空的存在是物质运动的必要条件。在这里，虚空不再等同于空间，虚空只是空间的一部分。这是要特别强调指出的。因此有：

空间 = 实空 + 虚空

物质 = 实空

确定一个点的方位需要三个坐标，一个点在空间中有三个自由度。因此空间是三维的。空间的任何一维都是可度量的，其单位是长度。实质上长度就是对空间的量化。

实空和虚空是可以用一种已知的实空来加以检验的，例如用手。如果杯内是实空，手是伸不进杯内或在伸入时要排出杯内的东西；如果是虚空，则手可以很容易伸入杯中而不排出杯内的东西。

实空和虚空是相对的而不是绝对的，随着选取的实空参照物不同而不同。

如果把人体不能进入的地方称为实空，人体能进入的称为虚空，那么自然界的图景就是一个人类生活的世界。

如果把中子不能进入的地方作为实空，中子能进入的地方作为虚空，那么

一幅基本粒子世界的图象就出现在我们面前。由此看来，作为参照的实空不同，得到的世界图象可以是完全不同的。

实空和虚空并不是绝对的和一成不变的，例如地球对于人体而言，它是实空。而对于中微子而言，则是空的；地球表面大气层对于人体而言，可以看成虚空。而对于气体而言，它是实空。因此，不同的实空，其对应的虚空也是不尽相同的。

实空和虚空是互相联系和互相依赖的。不难想象，实中有虚，虚中有实。一种被认识到的实空是由更小的实空和虚空所组成；从任何虚空中总可以找到更小的实空。因此，总的来说，没有纯粹的实空和虚空，也就是不存在不含任何虚空的实空，也不存在不含任何实空的虚空。实际上，实空和虚空相互穿插，相互渗透，不能分离。

因为实空被虚空所隔开，虚空又被实空所隔开，因此实空和虚空都是不连续的。实空和虚空合起来才是连续的。

空间是无限可分的。因为空间中任一线段、有限的面积或有限的体积都有是有一定大小的，有大小的东西无论怎样分，仍然有大小，只不过更小一些。因此，线段无论怎样分仍然是线段；有限的面积无论怎样分仍然是面积；有限的体积无论怎样分仍然是体积。

三、时间的结构

时间是对运动过程的量化，是表示运动过程长短的物理量。 具体地说，是通过对某一具体运动周期的计数来对运动过程进行的量度。因此，具体时间的本质是一种特殊的连续的周期运动。现实中时间的量度正是通过对一个具体运动周期的计数来实现的。所有测量时间的钟都是由一个特殊的周期运动和对其周期多少进行计数的机构所组成的。

时间 = 运动周期 ´ 周期数

   时间具有单向性和不可逆性，运动周期的计数过程是从小至大的顺序进行的。同时，一般而言，不同的运动物体之间只有运动顺序的相互对应的关系，不存在动力学的关系。一个物体的运动与其它物体的运动无关。不可能一个物体的运动反过来，其它所有物体的运动也全反过来。因此，时间不能反演。

由物质不灭可知，自然界是永恒存在的。由一切物质都在不停地运动可知，自然界是永恒运动着的。因此，自然界既无起点又无终点。也就是时间无始无终。

四、物质的结构

物质也是由实空和虚空所组成，物质是空间的一部分，物质和空间一样也是无限可分的。

物质的结构有一个重要的特点，那就是物质以不同的层次分布，这种分布是不连续的。通常把物质分为微观、宏观和宇观三个层次。微观是指目前已知的分子、原子、原子核和基本粒子所构成的物质系统；宏观包括地球上的物体、卫星、行星和恒星所构成的物质系统；宇观是由星团、星系、星系团、超星系团和总星系所构成的物质系统。

物质的层次是互相联系和无限可分的。任何一个物质层次无不都是上有更高的层次，下有更深的层次。层中有层，层层相联。任何一个物质层次只是无穷层次系列中的一个“关节点”，从而形成层次的等级性。某个层次总是由下一个或下几个层次所组成。

五、自然界量化原理

质量是物质的量化，长度是空间的量化，速度是运动的量化，时间是运动过程的量化，动量和能量是运动物质的量化。因此时空是可以量化的，也就是说具体的时空是可以用数学的方法来描述的。可以量化也是时空的重要属性之一。物质不灭，动量和能量守恒，这就是自然界中最基本的量化原理。

六、物质相互作用原理

物质是对空间的占有，空间已被一种物质占领，它就会阻碍另一种物质对同一空间的占领。由于物质是运动的，物质经常会运动到一起，也就是说，两种物质要同时占领同一空间。但两物质又不允许同时占有同一空间，即是说两物质不能互相通过，于是一个碰撞过程就会随之发生。物质避免占有同一空间的方法是相互让开，这一让开的结果是改变了原来的运动状态。于是我们说，物质受到了力的作用。因为只要物质的运动状态有改变，它就一定受到力的作用。我们完全有理由认为物质间的相互作用就是碰撞，力就是物体间的相互碰撞，碰撞是物体间唯一的相互作用，这就是物质相互作用原理。下一章马上就会接着详细讨论。

七、自然界统一原理

    人们普遍认为世界是物质的，物质是运动的。列宁认为除此以外再也没有其它东西了。显然，这种对世界的认识是不完整的，因为还有碰撞。碰撞不是物质，它是物质间的相互作用；碰撞不是运动，它是运动的干涉。碰撞并不完全属于物质或运动的范畴。显然，在碰撞过程中会产生新的运动或新的物质。因此碰撞是世界发生变化的唯一动力。

因为物质是由实空和虚空组成的。在物质和运动这两个要素的基础上，再加上第三个要素¾¾碰撞，我们就可以得到任何层次都适用的自然界统一原理：

自然界是由物质和虚空所组成。物质在虚空中不断地运动着。运动到一起的物质之间会发生相互碰撞，从而产生新的运动或新的物质。物质不灭，动量和能量守恒，碰撞是物质间唯一的相互作用。

不难看出：有物质没有运动的世界是一个静止的抽象的世界，仅有物质和运动的世界是一个没有动力的世界。这种自然界不含有力的因素，不能解释运动状态发生变化的原因。只有包括物质、运动和碰撞三个要素的自然界才是一个简单、和谐、自洽和真实的自然界。

八、一个有中国特色的宇宙观

    以上的宇宙观是由中国2500年前的老子最先提出，后由中国人不断完善的。它是一个具有中国特色的宇宙观。

    这个宇宙观除了带有强烈的物理色彩外，还有以下两个特点：

1、这个宇宙观把自然界分为空间和时间。又把空间分成实空和虚空。这样一来，就把等同实空的物质和虚空同时纳入空间之中，没有绝对的实空又没绝对的虚空，把实空和虚空巧妙地结合在一起，避免了真空、绝对真空等模糊概念。其实，空间实和虚就是辩证法的物理基础。