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时间和空间是连续的么,是可以无限分割的么?

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时空是否连续目前还没有定论,因为目前的探测水平还没有达到那种精度。经常能够看到有一些说法,说空间的最小单元是「普朗克尺度」,时间的最小间隔是「普朗克时间」。实际这种说法有一点断章取义了。

实际上,普朗克尺度、时间,是指在这个尺度下,传统的引力理论(广义相对论)无法正确描述物理现象。但这并不能说明,这个尺度就是时空的最小单元。普朗克尺度非常小,他们的具体数量级为:

但是,近来一些研究「量子引力」的科学家开始思考时空的细部结构,其中一个关键的问题就是,「时空是否是连续的?」。首先说一下什么是「量子引力」。众所周知,广义相对论之下的引力,其实是被视为时空的弯曲,所以研究时空的结构,事实上就相当于研究引力。而研究普朗克尺度之下的时空结构,以及这些结构自身的动力学机制,就叫做「量子引力」。

这些研究之中,确实有很多人认为时空是离散的。其基本的理由就是,能量,以及能量密度不能是无穷大。我们知道,电磁学理论并没有限制电磁波的波长——它们的波长可以从0到无穷大。然而根据波数与能量的关系,如果存在一个波长为0的光子,那么它的能量以及能量密度就是无穷大。物理学家总希望公式是自洽的——如果公式允许出现一个不合理的东西,那公式可能就出了问题。为了解决这个矛盾,有人就认为,由于时空之不连续,波长会存在一个最小值,从而避免出现能量无穷大的问题。还有一些理论从量子电动力学出发,也认为会存在波长的最小值。进而认为这个最小值是空间本身性质造成的。从而自然推出时间离散。

但其实上面的这个推理也有一些漏洞。比如说,为什么由于不存在能量无穷大的光子,就必须要有一个截止波长呢?不存在能量无穷大的东西,这个光子本身就不会产生,又怎么会出现矛盾呢?

其一,读准数学分析的三个概念。

①连续性,是指离散的间隔足够小,可近似于连续,叫“可连续”。

②无穷小,指分割的尺度足够小,可近似于零,叫“可收敛”。

③无穷大,指发散的尺度足够大,可近似于无穷大,叫“可发散”。

其二,认清芝诺悖论的荒唐所在。

我摘一网友佳贴:“飞矢不动”这个悖论最关键的地方,是所谓“瞬间”。理论上的物理学“瞬间”意思是时间长短为零。而在实际中,时间长短永远不可能为零。只要学过大学的高等数学,理解这个概念就非常容易。高等数学的一个基本运算手段就是牛顿、莱布尼茨创立的“微积分学”。微积分学分成微分和积分两部分。所谓“微分”就是把一个事物无限量地细分,“积分”就是将细分后的片断加起来。在微积分中有一个重要的概念叫做“无穷小”,数学符号写作“dx”。无穷小的概念是:趋近于零,但不等于零。简单来说,“芝诺悖论”的错误就在于,他将无穷小彻底等同于零。无穷小等于零之后,再怎么相加、累积,最终的结果当然都是零,所以得出推论“飞矢”是“不动”的。但是,真正的概念是无穷小只是趋近于零,无穷个“趋近于零”的无穷小相加、累积之后,就会有一个确切的值。

其三,现在回答本题。

时间与空间单元,只能足够小,不能无限小;可以视同连续,但不绝对连续。

事实上,不连续性、不均衡性,正是一切事物存在的依据,也量子理论的基础。

其四,时空的广延性。

对于一个开放系统,其时间不能足够长,其空间不能足够大。对于绝对包容的宇宙系统,其时间可以足够长,其空间可以足够大。

虽然,可以说宇宙时间无限长空间无穷大,但超越了人类认知能力,而变得毫无意义。

总的来说,目前关于时空是否连续这个问题,仍然有很多争议。这方面的实验也几乎没有,基本都处在纯理论的阶段。

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