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写在前面：秦皇岛燕山大学“拨乱返正、弘扬和发展牛顿时空观—2007年相对论时空观问题讨论会决议”会议前夕，诸多“反相”人士认真讨论了李子丰的“反相弘牛”会议议题原稿。笔者参与讨论后，总感觉“反相”之说正确，“弘牛”之说似乎还有什么不妥之处，但限于水平，一时也说不清楚不妥在何处！自那时起，笔者便想写一篇用朴素语言进行说理的、能够反映客观规律的关于“时空”问题的文章。8月18日-19日“决议”之后的一段时间内，笔者粗略浏览了社会对“反相弘牛”会议议题正反两面的反响之后，业余时间内便开始了“时空问题”写作的构思，今天的作品《论时空的物质属性》便是那些构思的结果。 众所周知，从经典时空观开始，“时空”问题的争论已经不下一个世纪了，这至少表明历史上人们对“时空”问题的认识还并不很成熟，同时，由于相对论阴云百年，所以应该说，关于“时空”问题的构思或写作，并不是想象中那么简单的事情！加上限于水平，因此笔者今天的作品《论时空的物质属性》，至少并不可能十全十美，文中不足之处，还望朋友们斧正！ 论时空的物质属性 贵州省平坝县第二中学（陈诚） E-mail：dd8185@126.com （约8000字符） 摘要：任意过程都是直接或间接的具体物质过程！物质是“客观实在”的东西，时间、空间则都是“客观虚在”的东西，这种“实在”和“虚在”虽然都具有客观性，但它们本质上却存在主次因果关系：物质是主，时间空间是次。具体时间现象和具体空间现象客观上都是跟具体物质与生俱来的，且将会伴随具体物质过程的变化和结束而变化、结束。跟不存在不标识一维物质长度的距离、三维物质范围的体积类似，客观上并不存在不描述或不标识具体物质的任意时间现象或任意空间现象，具体时间和具体空间本质上都是具体物质的固有属性，全部时间和全部空间则是全部宇宙物质的固有属性。由于时间和空间都不能脱离物质而单独存在，因而它们本质上必将通过物质而相互联系，这便是时间和空间的不可分割性，故人们便把此二者合称为“时空”。因此本质上时空是第二性的，物质是第一性的。 关键词：时间；空间；物质；时空观 引言：时空观跟物质观类似，其本质都是宇宙观范围的重要方法论，它涉及的是经典物理理论和当代物理理论的基础，因此，时空观在基础物理学中必定要起到举足轻重的作用。关于时空观的当前热门话题有二：⑴经典时空观【空间是绝对的，时间是绝对的，空间、时间和物质运动三者没有联系】；⑵相对论时空观【①时间、空间有着密切联系，时间、空间与物质运动不可分割；②真空中的光速恒为c，且c是任何物体运动速度的最高极限；③不同惯性系各有自己的时间坐标，并相互发现对方的时钟走慢了；④不同惯性系各有自己的空间坐标，并相互发现对方的“尺”缩短了；⑤作相对运动的两个惯性系中所测得的运动物体的速度，不仅在相对运动的方向上的分量不同，而且在垂直于相对运动方向上的分量也不同；⑥在一个惯性系中同时发生的两事件，在另一惯性系中是不同时的】。这两种时空观本质上有一个共同点：“时间空间不由物质派生”。不同之处是：经典时空观认为，空间是绝对的，时间是绝对的，空间、时间和物质运动三者没有联系；相对论时空观则认为，时间、空间有着密切联系，时间、空间与物质运动不可分割。历史上，由于人们已经发现时间、空间、物质具有不可分割性，而这种不可分割性本质上又是对“绝对时空观”的否定，故人们便只能放弃经典时空观而选择相对论时空观。但是，由于相对论时空观客观上并未看透时空的物质本性（物质第一性时空第二性，时空由物质派生），故历史上曾有“空间与时间都是物质的存在形式”之说，这往往便意味着空间、时间、物质三者的关系是平权关系，即空间、时间、物质三者没有主次因果关系，甚至出现了物质可以凭空产生的荒谬观点（质速关系式便是典型例子），再加上对数学式的某种盲目崇拜（典型情况是崇拜所谓的洛伦兹坐标变换式），从而，用数学取代物理的某种论证风曾盛极一时（具体例子如《解析时空》），进一步便导致了本质上的时空大乱现状。 与经典时空观和相对论时空观不同，本文认为：时间和空间本质上都是物质的固有属性，即：时空是由物质派生的（此前的时空观都认为时空不由物质派生），时空之所以不灭，本质上是因为物质不灭。换句话说，经典时空观和相对论时空观本质上都不是客观的，都不符合唯物观。 正 文 一般认为，时间、空间、物质三者是不可分割的。至于为什么这三者会不可分割，历史上则几乎并不曾有过合理的相应理论分析。应该说，这种不可分割性，实际上也仅仅只是人们对时间、空间、物质三者之间的关系进行过长期观察实践后的一种直观感觉而已，本质上则并未由这种直观感觉去粗取精、去伪存真、由表及里地进行整理推断，归纳出符合客观的理性科学结论。 一、物 质 定义：通常把一切“客观实在”都称为物质。常识中，人们对物质的认识是从“看得见摸得着”的东西开始的。历史发展到今天后，人们对物质的认识似乎已经不能再用“看得见摸得着”的东西去定义了，不过本质上，当前人们对物质的认识，基本上还是由“看得见摸得着”的东西去延伸的（有人认为物质应定义为“具有三维几何特征的区域”，也有人认为物质应定义为“能够产生力作用的客观区域”但本质上这样的区域还是要由某意义的“看得见摸得着”去确认的），如空气是看不见摸不着的，但借助相应仪器后就能对空气“看得见摸得着”，因而空气便被理所当然地称作物质了。经验上和理论上都表明，并不存在绝对“空无一物”的环境，这表明任意环境都存在着某种“看得见摸得着”的东西，只不过这种东西还有待人们进一步发明相应观测仪器才能“去看去摸”而已。当前，人们把延伸后的“看得见摸得着”的东西统称为“客观实在”，所以通常把一切“客观实在”都称为物质。 一般认为物质不会因为环境条件的变化而产生或消失（某具体物质M的产生或消失，本质上是指M的存在形式发生了变化：①M的产生是指M的存在形式已经由其它物质的存在形式变成；②M的消失是指M的存在形式已经变成了其它物质的存在形式），环境条件的变化只能改变人们对物质认识范围的宽度及对具体物质认识的精确度而已。经过唯物论和唯心论的反复较量后，当前人们对物质的基本共识是：①物质的数量（指物质多少，常用“质量”去描述）和种类是无限的；②物质是无限可分的（不存在“终极构件”物质）；③物质的变化规律是无限的（条件不同则变化结果就会不同）；④物质的变化过程是无限的（即物质的变化无始无终没有尽头）；⑤物质有多种属性，如质量、能量（本质上时间空间都是物质的属性）等。值得一提的是客观东西有两种：⑴“实在”东西；⑵“虚在”东西（指物质属性，常规宏观物质属性有两种：物理属性和化学属性。时间和空间应该是拓展意义的物理属性：时间是距离意义的拓展，空间是体积意义的拓展）。即除了“客观实在”而外，还存在“看不见摸不着”的东西“客观虚在”，应注意的是，“虚在”东西虽然只能通过思维去推理，但这种推理本质上只是意识在对“客观虚在”进行反映，显然，客观上还有若干“实在”和“虚在”的东西未被人们的意识反映到，俗称未被认识到。 二、空 间 定义：通常把物质过程的区域称为空间。空间由长、宽、高具体体现，故空间可粗略理解为某种体积，如金属棒占据的空间是A，棒状真空管占据的空间是B等，由于真空不空，所以显然棒状真空管本质上也是物质棒！苹果、钢珠、地球等物质的空间都在变化，客观上并不存在一成不变的某空间（注意：不能把具体空间和全部宇宙空间概念混为一谈，跟个别物质不等于全体物质类似，具体空间不等于总体空间）。常识中，由于物质的数量和种类是无限的，所以宇宙是一个没有边界的大环境（若宇宙有边界的话，本质上即表明物质数量是有限的，如有边界的太阳系、银河系，它们的相应物质数量都是有限的），这个大环境中包含有无限多个小环境，任意小环境中都包含有若干种物质（不存在不包含任何物质的某环境，也不存在绝对仅包含单一物质的某环境）。这种大环境的无限性人们似乎容易理解，但其“物质属性”人们却似乎是难以接受的，或者说，“空间是由物质产生的，空间将会随着物质的变化而变化”这种结论人们基本无法接受。不过历史上，通常都把物质过程的区域称为空间，因此本质上，任意空间现象都是用来描述或标识具体物质过程区域的（总空间“宇宙”则用来描述或标识全部物质过程区域），换句话说，客观上并不存在不描述（或不标识）具体物质区域的任意空间现象。 三、时 间 定义：通常把物质过程的间隔称为时间。常识中物质过程的间隔有空间间隔和时间间隔两种，这里用“过程的间隔”特指时间间隔，间隔和距离是近义词，故时间可粗略理解成某种距离。任意环境中运动的两两物质，都无一例外地要存在运动先后顺序问题（无先后问题的“同时”现象是特殊情况，一般都是某精度范围的近似情况）。A物比B物早出现一分钟现象，这有两个要素：①A物和B物出现的顺序是A物在前B物在后；②A物和B物之间的顺序间隔是一分钟。即时间现象既要由过程的顺序去体现，也要由过程顺序的间隔去体现，二者缺一不可，无前后顺序便是“同时”，这时顺序间隔（即具体时间）为零。从A地到B地需要一小时，本质上也要由过程顺序和顺序的间隔来体现。人们用某方法去记录运动过程先后的顺序和相应顺序之间的间隔时便抽象出了“时间”的概念（注意：不能把具体时间和全部宇宙时间混为一谈，跟个别物质不等于全体物质类似，具体时间不等于总体时间）。客观上，由于物质的变化过程是无限的，所以将存在对应顺序之间间隔的无限性现象（如将某物体分割时，由于物质都是无限可分的，所以将存在该物体相应分割过程顺序中间的无限次性，这就出现了时间的无限性情形）。通常把物质过程（顺序）的间隔称为时间。本质上，任意时间现象都是用来描述（或标识）具体物质过程顺序间隔的（总时间则用来描述或标识全部物质过程的顺序间隔），换句话说，客观上并不存在不描述（或不标识）具体物质过程顺序间隔的任意时间现象。 四、空间与物质的关系 既然一切“客观实在”都称为物质，如果要问，空间是“客观实在”吗？显然，谁都无法作出肯定性回答，因为空间既看不见也摸不着，只能凭理性去思维、去推断，故空间本质上只能是一种“客观虚在”的东西。鲜花由不规则区域去描述；正方体由边长为a的规则区域去描述；铁球由半径为R的球体区域去描述。用铁球作模具去造模型，铁球未拿开时，模型空间本质上是在描述该球区域内的铁分子集，铁球拿开后，模型空间本质上是在描述该球区域内的空气分子集；把铁球放在盛满水的盆中，水溢出盆外，盆中出现描述铁分子集的球区域，把铁球拿开并把溢出的水倒入盆中后，盆中已经不存在描述铁分子集的球区域，取而代之的则是描述水分子集的、已经不再是半径为R的未知区域。 上述例子表明，具体空间是跟具体物质与生俱来的，并将会随着具体物质的消失而消失，因此，具体空间本质上是具体物质的固有属性，即：任意具体空间现象本质上都是用来描述（或标识）具体物质的（总空间则用来描述或标识全部物质）。换句话说，客观上并不存在不描述（或不标识）任何物质的任意空间现象，至多不过是某具体空间的某数量级大到某尺度或小到某精度范围后，人们已经无法去对该具体空间进行界定而已。阳光经过宽阔的“真空地带”穿过大气层传到地球上，有人似乎便认为该“真空地带”就是地球上的任何真空环境都不能与之相比拟的、真正空无一物的“绝对真空”环境，这种“绝对真空”环境应该不存在描述或标识任何具体物质的情况。其实这是不对的，实际上该“真空地带”除了已经发现的物质微粒而外，还存在大量“客观实在”的未知物质微粒集，同时还存在由相应未知物质微粒集去确定的大量“客观虚在”东西（各种各样的未知物质属性）。 应清楚的是，跟常规客观描述类似，对空间的描述通常也有精确和模糊之分，相对人体尺度差别越大的空间，描述起来便越模糊，目下对前述“真空地带”的描述只可能是模糊的。常识中总空间是无限（无边无垠）的，人们对总空间的描述也只可能是定性的而不可能是定量的，而这种“定性”本质上则只可能是极其模糊的而不可能存在任何近似精确性，故所谓的宇宙半径为两百亿光年等结论实则都是无稽之谈。 “空间是由物质产生的”结论成立吗？人们会问：①真空管中的空间是由什么物质产生的？②把实验桌上的真空管拿走后，该真空管原来所占据的空间消失了吗？实际上不难理解：①真空管中并非绝对空无一物，而是，真空管中的空间是被大量未知物质充满的，可以肯定的是这些未知物质成分仍然是复杂的，决不会是某种单一物质，这表明“真空管中的空间”本质上是在描述那些“大量未知物质”。此外，如果没有物质“真空管”，那么“真空管中的空间”也就随之消失了，所以，“真空管中的空间”是由物质“真空管”及管中的“大量未知物质”共同产生的（客观上并不存在“空无”环境和绝对纯净介质环境，故任意空间都是由多种物质产生的：气球充气后，气球的相应空间是由气球和空气共同产生的）!! ②把实验桌上的真空管拿走后，该真空管原来所占据的“空间（实际上是一些未知物质集）”已经不再具有描述“真空”的能力，该空间将要被物质“空气”充满，也就是说，该真空管原来所占据的相应“空间”本质上只能是一些物质集而不可能是“绝对真空”，该物质集已经不存在，已经被物质空气替换掉了，本质上就是该“物质集（真空）”已经随着真空管的消失而消失了！！ 真空管问题实际上也论述了另一结论：真空管中的“大量未知物质”并不是被某空间容纳，而是被另一物质“真空管”所容纳。应该说，空间并不是容纳物质的大容器，它不过是物质的属性之一，容纳某物质的东西只可能是另外的物质，相应空间只不过起到了某描述作用而已。 总之，空间与物质的关系不是平权关系，而是主次关系，空间是次物质是主，或者说，物质是第一性的，空间是第二性的！！ 五、时间与物质的关系 时间现象跟空间现象类似只能是“客观虚在”的东西（看不见也摸不着）。由定义“物质过程的间隔称为时间”可知，任意时间现象并不仅仅只跟某物质相关，而且必定要跟某两两物质相关（注意：从A运动到B的同一物质可看作两种物质，相对静止物质可看作是运动距离为零的两种物质）！水和冰块是两种物质，冰块存在时段为t1后化为水，则t1仅仅只对冰块具有描述意义（冰块和水之间的过程间隔为t1），且t1将随着该冰块的存在而存在、随着该冰块的消失而消失；若水存在时段为t2后变成水蒸气，则t2仅仅只对水具有描述意义，且t2将随着水的存在而存在、随着水的消失而消失。显然，t1+t2对应的是冰块变成水蒸气过程的时段，这个时段之外的所有时间相对该“冰块变成水蒸气”过程而言都是无意义的。不难推理，在t1+ t2之前、之中、之后还同时存在着若干未知物质的变化过程，该过程显然是无限的，所以，相应时间自然也是无限的。 上述例子表明，任意具体物质的产生、发展、结束过程，都是有始有终的，相应“始、终”间隔都必定要对应两两物质，并不存在不描述或不标识任意物质过程的时间现象。故时间概念的出现，这本质上就是人类在对物质过程的一种物理量T进行描述。这种物理量T，它既反映了该物质存在过程的顺序性，也反映了该物质存在过程的持续性，过程的顺序性，一般体现为日期和时刻，过程的持续性，一般体现为过程顺序的间隔（即时段），因此，时间本质上是由物质运动过程的持续性和顺序性来具体体现的，或者说，任意时间现象都必定要有物质来体现，脱离物质的任意时间现象都是不存在的。值得注意的是，任意时间现象都必定要跟某两两物质相关（或跟某物质过程的始终状态相关）！这即表示任意时间现象都要由物质产生，或者说任意时间现象本质上都是一种由物质过程的“始、终”间隔来确定的现象。因为这种现象是跟任意物质过程“与生俱来”的，所以本质上便可以把这种现象认为是一种“物质属性”。 总之，与空间现象类似，时间与物质的关系不是平权关系，而是主次关系，时间是次物质是主，或者说，物质是第一性的，时间是第二性的！ 六、时间和空间的关系 时间、空间、物质三者的不可分割性，历史上都是从常规物理现象去进行分析的。但首先应该清楚，任意过程本质上都是物质运动过程，时间过程和空间过程不能例外，意识过程也不能例外！这里可以肯定的是，意识是局部物质过程的高级形态，意识将会随着某局部物质过程的消失而消失，或者说，意识仅仅只是某局部物质过程的一种功能。时间、空间等“虚在”东西是客观存在的，意识未产生之前，“客观实在”和“客观虚在”都已经存在了，意识产生后，仅仅只能有部分“客观实在”和部分“客观虚在”被“意识”这种功能反映（时间空间是“客观虚在”范围中的部分东西），而大量的“客观实在”和“客观虚在”则是无法被任何具体意识去完全反应的（如地球人的任何个人智慧和任何集体智慧都不可能把宇宙中的“客观实在”和“客观虚在”完全反映）。局部物质过程结束时，这种过程产生的功能“意识”及其反应也就结束了，但并不是“客观实在”或“客观虚在”已经结束。跟“客观实在”类似，“客观虚在”（物质属性）并不因为意识存在与否而改变，它只能被意识正确反映或错误反映，被意识正确反映时它可以成为人类征服自然的有力武器，被意识错误反映时它将会变成人类征服自然的一种障碍。对时空观的再认识，这本质上就是人们的意识在对某种“客观虚在”进行反映。 跟不存在不标识一维物质长度的距离和不存在不标识三维物质范围的体积类似，由于客观上并不存在不描述（或不标识）具体物质过程的任意时间现象，也不存在不描述（或不标识）具体物质区域的任意空间现象，所以“时间”在描述或标识物质的过程中自然就必定要通过物质与空间相联系，反之，“空间”在描述或标识物质的过程中也必然要通过物质与时间相联系，这便是常识中时间与空间不可分割的原因，也是人们为什么要把时间和空间合称为“时空”的原因。 时间和空间虽然都是“客观虚在”的东西，都是物质的属性，但不难想象时间和空间存在本质的区别。①维数区别：时间是具体物质过程中顺序（始、终）间隔的体现，其量值类似距离要由物质过程的始和终两种状态来确定，公认的维数是一维；空间则是具体物质过程区域的体现，其量值类似体积要由长、宽、高三种状态来确定，公认的维数是三维。②度量的难易区别：时间的特点是一维性，空间的特点是三维性，实践证明，具体度量中，时间的度量难度小与空间的度量难度。③可重合性区别：因为同一时刻可以对应很多物质过程的始点或终点，同一时段可以对应很多的物质过程，因此本质上，任意具体时间T都可以成为很多物质在“过程间隔”方面的“重合点”（如同一时段中甲地在搞建设而乙地则在进行战争）；而任意具体空间则都只能被具体物质所拥有，并不存在不被某具体物质拥有的任意空间。严格来说，任意两两物质都不具有空间重合性（平面几何中A、B两个三角形全等时它们便可以重合在一起，但客观上这种重合也仅仅只能是一种理想状况。实际上，任意两两物质A、B相接触时，A、B间便会产生摩擦、碰撞现象，但无论这种摩擦碰撞怎样剧烈，A、B都不会重合在一起（如盛满水的盆空间只能被水这种物质所拥有，放入铁球后水便要溢出盆外，即铁球和水不能够“重合”于盆空间中），常规意识中的所谓“重合”实则都是指在某区域精度允许时的一种近似状况）。实际上，任意环境中的任何物质过程都能够找到某精确时间T，使得T能成为相应诸多物质过程的公共时间，但却找不到某精确空间K，使得K能成为某两两物质可重合的公共空间。 总之，时间和空间虽然具有共同特点“物质的属性”，但这种特点却只能通过物质发生联系，并且它们是有区别的，当具体物质不存在时，时间与空间也就不再存在相应具体联系，又因为它们都是物质属性，故一般可判断时间与空间是平权关系（无主次之分）。 结 论 ①时间、空间本质上都是物质的固有属性：跟不存在不标识一维物质长度的距离和不存在不标识三维物质范围的体积类似，时间和空间的存在，本质上也一定是在描述或标识物质。具体时间现象和具体空间现象都是跟具体物质与生俱来，并将会伴随具体物质过程的变化和结束而变化、结束的“虚在”东西，故时间、空间本质上都是“看不见摸不着”的、只能由意识去反映的“客观虚在”（一般认为是拓展后的物理属性：时间是距离意义的拓展，空间是体积意义的拓展）。②时空是由物质产生的：因为时间和空间本质上都是物质的固有属性，所以由时间、空间定义的“时空”是由物质派生出来的。③时空并不能脱离物质而单独存在，且时空与物质的关系不是平权关系：物质是第一性的，时空是第二性的。④任意过程本质上都是物质过程，经典（牛顿）时空观和相对论时空观都不是客观时空观。 参考文献 高等学校试用教材《普通物理学》（程守洙江之永主编1978年9月第三版）人民教育出版社版。 作者简介：陈诚（生于1954年9月），男，汉族，贵州省平坝县第二中学（中数一级）教师，1983年毕业于贵州安顺高等师范专业学校（数学专业）业余喜欢从事计算机知识、物理前沿理论知识探索，研究方向：物理前沿理论。 原创修改日期：2007年10月14日 |