时空光共存于一体

一缕金色的晨曦照进茶楼，又勾起了老张对时间、空间和光的遐想：

“老吴，我对时间、空间和光还不是很理解，今天还请你详细地讲一讲。”

“从字面上看，‘宇宙’两字就含有空间与时间的意思——‘宇’表示空间，‘宙’表示时间。自从有人类历史记载以来，似乎从未有人对宇宙做出过确切的解释。中国古代政治家管仲认为宇宙‘大之无外，小之无内’，哲学家庄子认为宇宙“至大无外，至小无内”。这其实是一种比较模糊的认识。假如把宇宙理解为空间的话：古希腊柏拉图则把空间理解为场所；亚里士多德把空间称为“地位”；法国的笛卡尔认为空间是未感知物质——以太；德国的康德认为空间为人类理性的直观知觉。目前，科学界对时间、空间和光的说法五花八门，莫衷一是。就拿时间和空间来说吧——爱因斯坦说时间和空间是人们认知的一种错觉；霍金说时间是一种箭头；还有人认为时间是人类用以描述物质运动过程或事件发生过程的一个参数——这个参数的实质是什么，却语焉不详。”

   “我也翻过很多资料，结果越看越糊涂，比如有种普遍的说法：‘时间就是一个变量，一个增量，时间表示的就是运动的多少。时间就是表示运动多少的一个量。时间的本质就是运动的量。’我想：时间是什么变量？是什么增量？按其后面说是运动的量的变量，是运动的量的增量，但是运动的量怎么就等于时间的量？各种物体运动的量是各不相同的啊！这样糊涂的概念怎么可以作为时间定义呢？空间的定义更加糊涂：‘空间，与时间相对的一种物质存在形式，表现为长度、宽度、高度。时间还没有定义好，这空间就以时间作依据了。糊涂，糊涂！”老张一边说一边摇头。”

“如果传统科学已经解决了问题，我们煮茶还品什么宇宙呢？”

    “那也是，正因为宇宙之谜太多了，才激发起我们探索的兴趣。”

“在经典力学中，物体的坐标（在宇宙中的位置即地点）和速度是相对于宇宙确定参照系的，也就是说，同一地点是相对的，而时间、长度和质量这三个物理量是绝对的，同时性也是绝对的。”

“奇怪！你的意思是说，这个茶楼的地点是相对的，可以变化的吗？”

“这不奇怪，茶楼是处在以光速运动的时空球面上，你说可不可以变化？”

“哦！还是你有道理。可是时间、长度和质量这三个物理量为什么是绝对的，同时性也是绝对的呢？”

“因为时间、长度和质量这三个物理量是以宇宙原速为背景的，宇宙原速是绝对的，所以这三个物理量也是绝对的。既然时间是绝对的，当然同时也是绝对的啰。”

“为什么说宇宙原速是绝对的？”

“因为宇宙原速是以宇宙中心为参照的，宇宙中心是绝对的，所以宇宙原速也是绝对的。这就是经典力学的绝对时空观，今天看来仍然是正确的。”

“你的意思是说，爱因斯坦的相对时空观是错误的啦？”

“是的。只有绝对时空观才能解释宇宙是统一的。也就是说，宇宙的时空是统一的，时空与光是统一的，宇宙力是统一的，宇宙的联动体系也是统一，只有这样，宇宙的运动才是有序的、步伐一致的。”

“如果是相对的呢？”

“如果是相对的，我们看到的宇宙是变形的象哈哈镜一样光怪陆离的景象。”

“难以想象。”

“打个比方你就明白了：由于各个物体的速度不同，导致各自的时间和长度不同，那么它们在联动体系中步调不一致，就打破了宇宙运行的秩序，相当于无数部电影机以不同速度将景象投射到同一个银幕上，其效果可想而知了。”

“景象乱还不可怕，可怕的是星系无序运行导致互相碰撞。”

“是的，宇宙有序运行的情况下，只有小型的陨石与星球碰撞，这样不会影响大局。如果无序运行，将会发生地球与火星碰撞，那么两者都将同归于尽了。”

“这么说，还是绝对时空好。不过，现在对于空间和时间还没有确切的定义啊？”

    “空间是物质的量值和范围，时间是宇宙空间的径向变化。在这个意义上，时间与宇宙原速是等价的。”

“既然你说时间是空间的变化，空间可分为宏观空间与微观空间，微观空间的变化就是微观速度，那么，微观速度变慢了，岂不是微观时间变慢了吗？”

“我们所看到的空间变化，其实包含着宏观空间和微观空间两部分，当微观速度变慢了，宏观速度就相应变快了，所以速度在总量上并没有改变，所以时间也没有改变。我将速度分为微观速度与宏观速度，是研究运动的需要，而将时间分为微观时间与宏观时间就没有必要也不符合实际。”

“可是，有资料表明，在高速飞行器上，原子钟的时间变慢了，不是证明微观时间变慢了吗？”

    “其实，原子表就相当于速度仪，就和汽车上的速度仪一样，反映的是速度而不是时间。原子表变慢仅仅是微观粒子的自然速度变慢的反映。如果说原子表慢了，就是微观时间变慢了，那岂不是说，汽车速度仪快了，就是汽车时间变快了吗？这显然不符合事实，也不符合逻辑。事实上，微观速度变慢了，宏观速度却变快了。由于总自然速度不变，所以时间不会变慢——时间是以宇宙原速为参照的。

老张沉思了一会儿，说：

“这样说我就明白了。我以前曾经问过你，你说宇宙球面没有厚度，那么物体的体积是怎么回事？”

“体积是空间在一定区间里随时间变化的积分，也就是空间在若干个瞬间累积的结果。例如，一个房间的体积等于长×宽×高的积。当你计算它的体积时，你不可能在同一瞬间测量出它的长、宽、高。当你测量它的长度时也不可能在瞬间完成。在每一瞬间，时空球面都在发生变化。这个长度是在某一时间段里房间长度区间里的积分。在测量长度的同时，你不可能同时测量宽度和高度。同理，分别测量宽度和高度也是如此。因此，长、宽、高其实是时空球面上空间区间在不同时间里积分的乘积，也就是说，长、宽、高三者以体积形式存在的话，不可能同时出现在同一个时空球面上。”

“如果有四个人，一个在北京，一个在伦敦，一个在纽约，一个在悉尼，如何理解四个人的空间关系？”

“要分两种情况来说明。一种情况是指四个人同时存在，这时就不考虑他们处在地球上，而是考虑他们处在宇宙的时空球面上，这时完全没有地球体积的概念。另一种情况，是考虑他们在地球上的空间关系，这样就不可能同时想到四个人，肯定是逐个想起，这样就形成时间的积分，于是就有了地球体积的概念。比如我们在一瞬间看到篮球是个圆，它就在时空球面上，是没有体积的，只有当篮球旋转的时候，它随着时间的变化，我们才知道篮球是个球体，这就是篮球这个圆在0～180度这个区间里积分的结果。”

“如果我一直跟踪着地球，直到它完全分解为宇宙粒子再到达宇宙极限为止，一路上我会发现什么？”

“由于光传播的延时性，一路上你依然看到满天星斗。而当你到达极限点以后，你就进入反宇宙，同理，由于光传播的延时性，你仍然可以看到反宇宙的满天星斗，只不过星系在互相靠拢——越远的星系蓝移越厉害，最远处仍然是宇宙中心。宇宙就象一个魔术师，它让你看到一些真相，却又将很多真相掩藏起来，让你看到很多假象。它利用光的传播特性施展掩眼法，使你在不惊不觉间它就完成一次循环运动。”

“你的意思是说，我只有通过星系由红移转变为蓝移才知道进入了反宇宙啰？”

“是的。——时间由于同时性而体现为一个球面，空间本身没有形状，随时间变化而取得时间的形状。空间以宇宙原速运动，时间本身没有速度，依附于空间运动而取得空间的速度，因此形成时空一体化。我们通过‘同时’来理解时间球面的半径是相等的，又通过时间随空间运动理解时空球面在一起膨胀。这样我们才能理解宇宙的时空关系。”

“是不是时间与空间就构成宇宙了？”

“不是，构成宇宙有三要素：时间、空间和光。如果没有光，宇宙是看不到的，就根本不知道它的存在。”

“光是人类最常见的自然现象，同时又是人类最不了解的自然之谜。据我所知，荷兰物理学家惠更斯在1690年出版的《光论》一书中提出了光的波动说。而英国物理学家牛顿则坚持光的微粒说，牛顿在1704年出版的《光学》一书中认为发光物体发射出以直线运动的微粒子，微粒子流冲击视网膜就引起视觉。十九世纪，英国物理学家麦克斯韦通过实验证明电磁波在真空中传播的速度等于光在真空中传播的速度，从而推导出光和电磁波在本质上是相同的，即光是一定波长的电磁波。1905年美国物理学家爱因斯坦提出了著名的光电效应，将光解释成为一种能量的集合——光子。1925年，法国物理学家德布罗意又提出所有物质都具有波粒二象性的理论。目前，科学界普遍认为光的本质应该是‘光子’，它具有波粒二相性。但这里的波的含义并不是如声波、水波那样的机械波，而是一种统计意义上的波，也就是说大量光子的行为所体现的波的性质。由于光的粒子性，所以光传播不需要介质。”

“其实波动说与粒子说是互相矛盾的——如果说光是波，它就是象水波和声波一样只有波形在介质中传播，本身没有载体；如果说光是粒子，它就会象子弹或者宇宙射线一样没有波形而只有载体；所以两者只能取其一。通过光的干涉、衍射和偏振等大量的实验都说明光是以波的形式传播的。荷兰物理学家惠更斯在1690年提出了光的波动说是对的，英国物理学家麦克斯韦通过电磁波的实验证明光和电磁波在本质上是相同的，即光是一定波长的电磁波也是对的。而牛顿认为光是粒子和爱因斯坦认为光是波粒二重性都错了。”

“我倒是认为牛顿提出光的粒子性是有根据的，爱因斯坦通过光电效应的实验证明了光的粒子性。”

“正是由于爱因斯坦也认为光有粒子性，所以一直以来科学界错误地以为光具有波粒二重性。就拿光电效应来说吧——人们以为是光子击中电子使电子逸出原子而形成光电效应。实际上，是由于元素的电子具有某种固有的频率，能够与光的相应频率产生共振，使电子能量叠加增大导致逸出而形成光电效应。马克斯·普朗克发现的普朗克关系式 E=hv，ｈ为普朗克常数，将能量E与频率v关联在一起。这个关系式对于光电效应给出另一种诠释，即光电效应是电子对光波的频率回应引起的共振而导致电子逸出原子的现象——光波实质上是光源产生的电磁波干扰其周围的应力带，使应力带在时空球面上产生规律性变化而形成的波动，当这种波动的频率引起电子固有频率共振时，电子的能量产生叠加效应而逐渐增大，超过临界值时就会打破应力定势逸出而形成光电效应。由此可以推知，光电效应只与光波的频率有关，与光子无关，况且，光是在球面传播的，所以光不可能象粒子一样作直线运动，因此颠覆了光的粒子说。既然光是应力波，当然需要传播介质了。”

“以前人们以为光以‘以太’作介质传播，但是人类直到今天还没有发现以太存在啊？”

“太空中以宇宙原速运动的能量粒子就是运动的‘以太’。它没有质量，没有惯性，个子又是最小的，人类怎么能发现它呢？”

“你如何证明它的存在？”

“我曾经说过，动静不能共存。既然星球与太空能够共存，说明太空是与星球同速运动的。运动必然有载体，这载体就是能量粒子了。”

“看来你说得也有道理，因为太空中有大量的宇宙射线，说明太空不是绝对真空。”

“宇宙射线是粒子，运动不需要介质，但是，根据同速共存原理，它不可能在绝对真空中存在。既然宇宙粒子能够在太空存在，那就反证太空中有能量粒子。”

“你的证明是成立的。不过，爱因斯坦认为光具有动态质量，根据他的质能方程E=mc²可算出其质量。”

“其实，光没有质量，质能方程不能用来计算光的质量。根据普朗克关系式 E=hv，光波的能量只与光的频率有关，频率越高，能量越大。”

“那么质能公式应该怎样才对？”

“根据动能公式E=1/2mv²，由于物体的宇宙原速等于光速c，所以，质能公式应该是E=1/2mc²，也就是说，物体完全分解为能量粒子的能量，等于其质量的一半乘以光速的平方。质能公式适合于具有质量的物质而不适合于光。”

“你说光没有质量，为什么光在经过太阳附近时会拐弯？这不是由于太阳对光的引力产生的现象吗？”

“光没有质量，太阳引力对光不起作用。光经过太阳附近产生拐弯有两个原因：一是由于光是电磁波，当光经过磁场时会产生拐弯现象，因为太阳有磁场，所以光经过太阳附近时产生拐弯现象；二是光经过不同介质时会产生折射现象，因为太阳附近有气体，所以光经过太阳附近的气体时产生拐弯；显然，光经过太阳附近产生拐弯是由这两个原因综合作用的结果，而与太阳引力无关。”

“既然说我们保持着宇宙原速，也就是说我们的速度等于光速30万千米，而光相对于我们的速度也是30万千米每秒，这不是说明光的实际速度是在我们速度基础上再加上30万千米每秒，等于60万千米每秒吗？”

“不是的。我曾经说过，我们的速度包括了宏观速度和微观速度，而光只有一种速度，就是相对于光源的速度30万千米每秒。由于我们与光源同速，所以也就是相对于我们的速度。而我们的速度是相对于宇宙中心的宇宙原速，两者参照物不同。”

“那么光相对于宇宙中心来说，速度就是光速的两倍了。我以河面上的水波为例：设河水的速度为V水，河面上水波传播的速度为V波。那么水波的总速度矢量V总=矢量V水+矢量V波，这就是速度合成公式。如果两者方向不一致，V总等于两者矢量的和；如果两者方向相同，V总等于两者大小的和；如果两者大小方向相同大小相等，V总就等于V波的两倍。作为对比，光源的速度等于光速，相当于河水的速度，光波的速度也等于光速，相当于水波的速度，那么，光的总速度应该等于两者之和60万千米每秒，可是为什么只有30万千米每秒？”

“因为速度合成公式适合自然界里局部层面的一般具有质量的物质运动，但是不适合宇宙整体层面的没有质量的光的运动。因为光源是沿着宇宙径向以宇宙原速运动，但是光波只能沿着宇宙球面传播。光是由宇宙球面牵带着电子运动产生的，其速度等于宇宙原速，但是它不能在径向传播。尽管光在宇宙球面上是向各个方向传播的，但它绝对不可能沿着径向超出宇宙球面。光的径向运动的速度与宇宙原速同步，等于光速，光在宇宙球面上的速度也等于光速，但它的径向速度与球面传播速度的方向不同，是不能叠加的；又由于光速不能离开宇宙球面，所以两者也不能以矢量的方式合成，这就是在宇宙球面上光速只有30万千米每秒的原因。”

“光速为什么不可变？光在介质里的运动不是速度变慢了吗？”

“首先你要明确什么叫光速，光速是指光在太空的速度。太空的介质是由没有质量的能量粒子构成的，能量粒子的速度就是宇宙原速，所以光在以能量粒子为介质的太空中的速度等于光速。然而，光在其它介质里的速度为什么会变慢呢？这要从光是如何在介质中传播的说起：当光波碰到其它介质如空气时，引起空气的电子产生波动，这些电子象接力赛的选手一样传递光波，由于它们的速度加上其它各级的自然速度才能等于光速，介质里的电子速度小于光速，所以光波在空气中传播的速度小于光速。不同介质里的电子的速度是不同的，所以光在不同介质里的速度也不同。”

“光在介质里运动速度变化你可以如此进行解析，但不同频率的光波在两种介质的两个成角度的临界面上的传播方向为什么会不同？”

“不同频率的光波在介质里与介质里的电子的固有频率响应不一致，引起介质电子的微观速度发生不同的改变，导致不同频率的光波在介质里传播的速度产生差异，如果这种介质的两个临界面形成角度，如三棱镜、水滴等，不同频率的光必须同时穿过介质，由于各自速度不同，速度慢的走过的路程就短，速度快的走过的路程就长，所以就会因为经过的路程不同而产生不同的折射角，因此在两种物质的临界面上的传播方向就会不同，并且分解成不同颜色的光。例如雨后天空出现的彩虹以及三棱镜对光的分解。光谱仪就是根据这个原理做成的。”

“为什么光速是极限速度？”

“由于光速是由宇宙原速决定的，光速是被动的，实际上是宇宙球面使光速与宇宙原速同步同速，宇宙的任何速度都不能超过宇宙原速，也就是不能超过光速。”

“你说时空是一体的，那么，光与时空有什么关系？”

“由于时空球面的速度等于光速，所以光与时空球面同步，也就是说，时间、空间和光是三位一体的。我们能够看到光景必须具备两个条件：一是宇宙运动必须是不连续的，二是时空球面必须与光同步。”