物质时空论（11）

物质时空观

一、经典时空观

经典时空观是绝对时空观，以牛顿的绝对时空为代表。经典时空观，符合人们的习惯，和常人实际生活非常和谐，也是人们很容易接受的观点。

绝对时空观认为时间、空间和物质是三个完全独立的概念，同时认为时间和空间都具有绝对性。物质包括实物和场，实物是由实物粒子构成的、具有质量的，集中在某一确定空间的物质；场是充满全部空间，看不见摸不着的物质，它或源于实物，或由微物质（不包括实物）直接产生。

时间和空间是独立于物质之外的客观存在概念，且二者是各自独立的。时间的流逝是均匀的、自然的，不受任何影响；空间的存在是自然的、客观的，也不受空间之外的其他影响。绝对时空观同时认为，时间和空间的度量与参照系的运动状态无关，同一物体在不同惯性参照系中，观察到的运动学结果具有等同性。

二、相对论时空观

经典理论的时空观是绝对的时空观念，时间和空间是独立存在的，它们也不会和物质发生关系。在经典理论中，绝对时空没有发现什么问题；但随着人类认识的不断深化，特别是在物体运动速度接近光速时，绝对时空观就出现了不洽性。因此爱因斯坦等人就提出了相对的时空概念；特别是狭义相对论，它的整个框架都建立在时空的相对性上，而只有光速是绝对的。

爱因斯坦的狭义相对论基于两个假设：其一，相对性原理，此原理是指物理学的基本定律乃至自然规律，对所有惯性参考系来说具有不变的形式。其二，光速不变原理，指光在自由空间中的传播速度是一常数，用字母C表示。C的大小既与惯性参考系的运动无关，又与光源的运动无关。

广义相对论更是说明，时间和空间和质量的分布有关。一方面，质量弯曲空间。即在大质量附近，离质量越近，空间越弯曲；相同距离的区域，质量越大，空间越弯曲。另一方面，质量延缓时间。即离大质量越近的区域，时间流逝的越慢；相同距离的区域，质量越大，时间流逝的越慢。

相对论的核心思想是相对性(包括时空的相对性)。在相对论框架下，有五个基本的相对论效应，即时间的相对性、空间的相对性、质量的可变性、运动的相对性和时空扭曲现象。除此之外，还有一个极限限制，即光速是一切物体运动的极限。也就是说，任何有静止质量的物质，其运动速度不能达到或超越光速。

相对时空观认为空间和时间具有相对性。在爱因斯坦相对论中，提出了相对时空观，并认为时间、空间与物质是相互关联的；不仅物质的运动对时间和空间有一定的影响，而且三维空间与一维时间，共同构成了四维时空。

相对论的一个重要依据是同时性具有相对性，即在一个惯性系中同时发生的两件事，在另一惯性系中看来可能不是同时发生。相对论中，同时性的相对性产生于测量，因为相对论的测量工具是光，所以同时性的相对性源于测量工具光。

相对论认为时空具有相对性。狭义相对论认为，时间和空间与物体的运动有关系，随着物体的运动，时间会膨胀，在物体运动方向上空间会收缩，就连同时性也随着参考系的不同而不同。广义相对论认为，时间和空间与质量（或引力场）的分布有关，其大质量附近，时空越扭曲。

时间、空间和物质，是有相互关联的三位一体。如果把物质比作一枚硬币，那么时间和空间就好比是硬币的两面。时间和长度随物体运动变化的关系如下：T=t/√(1-v²/c²)，L= l √(1-v²/c²)。其中t和l是物体相对参考系，静止时的时间和长度；L是物体相对参考系运动，在运动方向上的长度。

牛顿力学是经典理论的基石，然它是相对论的一种近似理论。绝对时空观是相对论时空观，在宏观低速的一种很好的近似。牛顿理论是物体运动速度v，远远小于光速C时的一种低速运动规律；当物体的运动速度趋向于光速C时，牛顿理论就变得越来越不准确了。

爱因斯坦相对论，是近现代物理的一大支柱，它的理论思想和相对性，特别是时空相对性，极大地修正了牛顿经典力学。但是它也不是一种全能的完美理论，也不是一个终极理论；它也是一种精度较高的近似理论，是系统或物质运动速度v＜C时的一种客观规律理论。

当一个系统或一个物质的运动速度v＝C或v＞C时，此理论就出现了不和谐性。比如，时间的停止、时间的倒流、奇点时空、质量相对性问题等等等等。因此在超光速世界里，相对论理论需要修正，或将用更加完美的理论代替。

故而，牛顿理论是超低速的理论，爱因斯坦相对论是低光速的理论。我们现在只能说，爱因斯坦相对论，是一个精度较高的理论；而牛顿经典理论，是一个精度很好的理论。

三、四维时空不变性

相对论的时间和空间是相对的，就连同时性也具有相对性。两个事件的发生，对某一参考系是同时发生，但对另一参考系并非同时发生；这两个事件发生的时间间隔或空间间隔，在不同的参考系看来也不一定是一样的。即同时性、时间间隔和空间间隔，都与参考系和运动有关联。

尽管如此，但是有一个量是不变的，即四维时空不变性。用一个等式表达如下：△x²＋△y²＋△z²－C△t²＝k²(k为常数)，其中k称为两个事件的四维时空间隔，简称间隔。k是两个事件发生的时间间隔和空间间隔的融合体，对两个固定事件的发生，k是一个常数，它不会因为参考系的不同而改变，也不会因为物体的运动而有所不同。但是对于不固定的两个事件，常数k代表的往往是不同的数值。

四、时空的奇特性

简单说一说时空的两个奇特，其实也算不上奇特。

第一，时空的连续性

1.时间具有连续性，这是因为物质的运动具有连续性。

2.空间具有不连续性，即空间是碎片化的。当然碎片化的空间可以连成一片。碎片化源于物质量子化；连成一片是因为，物质空间的合效应。

第二，时空的稳定性

这里的稳定性不涉及相对性，它指的是时空能不能消失。

1.时间具有稳定性，因为物质的运动是永恒的，只是运动的不同而已；然运动的不同，导致时间的相对性，而不能让时间消失。

2.空间具有不稳定性，即空间可以消失。空间由物质产生，此处有物质，就有空间；此处物质一走了之，空间随即消失。用一个不恰当的比喻来说，空间就是物质的一个影子；实则空间就是物质本身。

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