时空之疑

    先看看古人是怎么说的。“宇宙”一词，最早大概出自我国古代著名哲学家墨子（约公元前468-前376）。他用“宇”来指东、西、南、北，四面八方的空间；用“宙”来指古往今来的时间，合在一起便是指过去现在未来的天地万物——宇宙。

    按照墨子的说法，空间与时间是没有直接联系的：空间是指东、西、南、北，四面八方，而时间是指古往今来。然而，他又说合在一起便是指过去现在未来的天地万物。这就使人感到很模糊：究竟什么是时间？什么是空间？

    有人认为：“时间和空间都是绝对概念，是存在的基本属性。”

——这里漏了物质两个字，因为没有明确是什么存在，应该说：“时间和空都是绝对概念，是物质存在的基本属性。”

    根据牛顿的经典力学，如果你的行走速度是v，你在一辆以速度u行驶的公车上，那么当你与车同向走时，你对地面的速度为u+v，反向时为u-v，你在车上过了1分钟，别人在地上也过了1分钟——这就是我们脑袋里的常识。也是物理学中著名的伽利略变换，这是整个经典力学的支柱。该理论认为空间是独立的，与在其中运动的各种物体无关，而时间是均匀流逝的，线性的，在任何观察者来看都是相同的。

    在古典力学里认为“绝对时间是指时间的量度，和参照系无关，绝对空间是指长度的量度，也与参照系无关。这也就是说，同样两点间的距离或同样的前后两个事件之间的时间，无论在哪个惯性系中测量都是一样的。”言下之意，是指宇宙中存在多个参照系，而且有多个惯性系，还有多个非惯性系，这样就把宇宙割裂开来，否定了宇宙的统一性。显然这是极其错误的。本书将为大家证明：宇宙是统一的，而且是唯一的；宇宙只有一个参照系：宇宙是一个以恒速在径向膨胀的球面，这个运动球面就是宇宙的参照系。

“时、空都是绝对概念”是牛顿提出来的。牛顿认为“绝对的、真正的和数学的时间自身在流逝着，而且由于其本性而均匀地、与任何其他外界事物无关地流逝着”；“绝对的空间，就其本性而言，是与外界任何事物无关而永远是相同的和不动的”。这就是牛顿力学的“绝对时间”和“绝对空间”，其错误是认为时空是独立于物质物质存在的。这种观点统治了人类几千年。直至今日，绝对时空观念还在影响着人类的思维方式和哲学观点，因为绝对时空世界认为时间是低速的，空间是静止的，两者都是独立于物质存在的。几乎我们全部物理理论都是建立在这种观念基础之上的。但是，事实上，对宇宙球面这个参照系来说，空间是指宇宙球面的范围，它是膨胀的，在径向上是高速的，时间是球面的更新，是恒速的，而且与球面是同速度的。可见，时间和空间是宇宙的两种属性，是宇宙的两面，两者不可分离，也不可独立存在，两者合在一起称为时空面。

宇宙的本质是物质，那么时间和空间就是物质的属性。由于空间是膨胀的，时间和空间又是共同存在的，也就是说，时空是不能独立于物质存在的，所以不能说时间和空间都是绝对概念。

牛顿的绝对时空观后来被爱因斯坦的相对论否定了，整个科学界几乎都倒向爱因斯坦了，几乎都认为时空是相对概念。爱因斯坦认为，时间和空间会随着速度变化：当速度加大时，时间会变慢，空间会变小——这就是爱因斯坦的狭义相对论。

    狭义相对论建立在如下的两个基本公设上：

    1．物理规律在所有惯性系中都具有相同的形式。

    2．在所有的惯性系中，光在真空中的传播速度中具有相同的值C。

    第一个叫做爱因斯坦相对性原理。它是说：如果坐标系K'相对于坐标系K作匀速运动而没有转动，则相对于这两个坐标系所做的任何物理实验，都不可能区分哪个是坐标系K，哪个是坐标系K′。

    第二个原理叫光速不变原理，它是说光（在真空中）的速度c是恒定的，它不依赖于发光物体的运动速度。

在经典力学里有一个速度的合成法则，例如，在一部列车车头向前打出一颗子弹，那相对地面参照系子弹的速度V应该是本身速度V1加列车的速度V2 ：

V=V1+V2                                      （1）

在车尾向后打出的子弹，V=V1-V2                 （2）

（1）、（2）表明，子弹的速度会随着列车的速度变化。

在上面例子里，设列车为参照系K′，地面为参照系K，对于K′和K这两个做相对匀速运动的坐标系，如果按照经典力学，光速应该不一样。例如，在上面的例子中一列车 假设按每秒3万千米速度行驶，车头灯的光速应该是30+3等于33万千米每秒。但是实际测得车头灯的光速依然是30万千米每秒。为什么光速不遵守经典力学的速度叠加法则呢？爱因斯坦认为，要承认（1.）（2.）这两个假设没有抵触，就必须重新分析时间与空间的物理概念。也就是说，必须圆满回答上面的问题。于是，爱因斯坦想出一个绝妙的方法：首先承认光速不变原理是对的，然后反推，从时间和空间上作文章。他的“合理（符合经典力学的速度合成法则）”的想法是：

（一）应该是列车上的“时间变慢”了，慢了多少？从数学关系上看，显然慢了0.1秒，在1.1秒时间内列车走了33万千米，那么：

33/1.1=30（万千米/秒）

（二）应该是列车上的“尺子缩短”了，短了多少？从数学关系上看，用列车的尺子测量，列车1秒走的距离是30万千米，短3万千米，那么：

    30/1=30（万千米/秒）

这样问题就“解决”了，但是，爱因斯坦“解决”问题的方法是建立在经典力学的基础上的，因此还没有脱开经典力学的藩篱，也就是说，爱因斯坦相对论只是牛顿经典力学的变种。

经典力学中的速度合成法则实际依赖于如下两个假设：

1、两个事件发生的时间间隔与测量时间所用的钟的运动状态没有关系。

2、两点的空间距离与测量距离所用的尺的运动状态无关。

爱因斯坦“发现”，如果承认光速不变原理与相对性原理（1.）是相容的，那么这两条假设都必须摒弃。这时，对一个钟是同时发生的事件，对另一个钟不一定是同时的，同时性有了相对性。这里就产生了问题：如果两个参照系的时间不相同，那么两者又如何可能同时存在？这显然与同时共存原则相矛盾。在两个有相对运动的坐标系中，测量两个特定点之间的距离得到的数值不再相等，距离也有了相对性。这里也产生了问题：如果两个参照系的空间不相同，那么宇宙空间还能统一吗？这显然与统一世界相矛盾。

    尽管存在着问题，爱因斯坦仍然根据这个思路，通过洛伦兹变换，得到相对论因子“γ”（也叫做洛伦兹因子）：

                                    （3）

    有了相对论因子“γ”，于是有：

    1、尺缩效应：ΔL=Δl/γ                  （4）

2、钟慢效应：Δt=γΔT                       （5）

    表面看来爱因斯坦的相对论好像无懈可击，但实际上存在明显错误：

1、如果时间是相对的，宇宙万物就不可能同时存在。例如，太阳有太阳的速度，那么就有太阳的时间，月球有月球的速度，那么就有月球的时间，这样，太阳和月球就不可能同时存在了。

2、如果空间是相对的，宇宙就没有统一的空间。例如，太阳有太阳的速度，那么就有太阳的空间，月球有月球的速度，那么就有月球的空间，太空有太空的速度，那么就有太空的空间，这样，太阳、月球太空就不可能在同一个空间里存在了。

问题出在哪里？原来，人们在考虑列车的宏观运动的时候，忽略了它体内的微观运动，只看到列车的宏观速度，却没有看到它的微观速度。如果“仔细”观察，列车与地球是始终贴在一起的，两者的总速度永远是相等的。也就是说，列车的宏观速度加上其微观速度的总和等于地球的宏观速度加上其微观速度的总和，坐标系K′与坐标系K就不存在相对速度，那么洛伦兹变换就是个伪命题了。这样，相对论就不能成立了。（3）式中的u表示物体的速度。在我们的理论里，u=c，那么γ=1，所以（4）式应该是：ΔL=Δl，则ΔL-Δl=0，也就是说不存在尺缩效应，同理，也不存在钟慢效应。

 据记载：1971年美国物理学家理查德·基廷和乔伊·哈夫勒做过飞机载原子钟分别向东和向西的环球飞行实验，实验结果是：向东飞行的飞机上的两个原子钟，都比地面的原子钟走慢了（慢了59*10-9秒），而向西飞行的飞机上两个原子钟，都比地面的原子钟走快了（快了273*10-9秒）。

类似的记载还有：1975年5月～1976年1月，美国马里兰大学C·O·艾利教授与美国海军天文台G·M·温克博土进行的飞机载原子钟在3万英尺高空原地转圈圈的实验，和日本东京大学饭岛重孝教授带原子钟坐飞机上天转圈圈的实验。测定的结果是：美国人在三万英尺高空转圈圈的原子钟时间会走快1千亿分之一（10^-11)秒，而日本人则得出了随着飞机在天上转圈圈的高度下降，飞机载原子钟走快的幅度也下降的结果。

按照相对论的钟慢效应理论是不能解释以上这些实验结果的。狭义相对论认为：惯性系是完全等价的，在同一个惯性系中，存在统一的时间，称为同时性，而在不同的惯性系中，却没有统一的同时性，也就是两个事件（时空点）在一个惯性系内同时，在另一个惯性系内就可能不同时，这就是同时的相对性。例如，假如地球是个惯性系，地球卫星是另一个惯性系，那么，地球卫星与地球就没有统一的同时性，也就是说，地球的时间与地球卫星是不同的。如果是这样，地球与其卫星就不可能同时存在了。

广义相对论认为：非惯性系中，时空是不均匀的，也就是说，在同一非惯性系中，没有统一的时间，因此不能建立统一的同时性。那么，这些天体就不能同时存在。

根据狭义相对论，如果说地球是一个惯性系，一个物体的相对地面的速度增大，它的时间就会相对变慢。事实上飞机向东和向西相对地面的速度是一样的，那么两种情况下时间也应该是相同的，然而实验的结果却不相同。为什么会出现这样的结果呢？当时没有人知道，直到现在，也没有人知道；从来没有人对这个问题进行过解释，也从来没有人能够深入探究其中的原因，归因于过去的理论甚至相对论都无法解释这种现象。这就是说，相对论遇到了不能解决的难题。

可见时空既不是绝对，也不是相对的，因为时空只是物质的属性，是对物质运动状态的描述。物质也不能用简单的“绝对的“或者”相对的”来表述。