Question

关于时空的阐述

Answer 1

“时空”的说法来自爱因斯坦的《广义相对论》，指的是时间的一维加上空间的三维，称为四维时空。我们不得不提出，时间和空间相依相随，不能分离，时间指的是空间的物质运动的延续，间断性，顺序性，主要特点是一维性。时间就像射出的弓箭，时间就像单向的火车，不可逆，无法返回。有很多穿越的小说，写了现在的人穿越到古代，演义了曲折的故事，但是，在科学的观点来看，这是不能实现的。宇宙的空间并非完完全全的虚空，就目前的科技水平，也找不到彻底纯净的空间，至少这空间得存在引力场。因为引力场在宇宙中无处不在，它充满了这空间。所谓空间不虚，我们所谓的时空指的就是充满了引力场的时空。

什么是引力场呢？

很多科学家都认为引力场是传递万有引力的中间媒介。爱因斯坦曾经说过，如果我们向上抛一个石头，石头在下落的过程中，如果没有受到中间媒质的推动作用，而直接受到引力的作用是不可思议的。这说明，万有引力的中间媒质是引力场。但爱因斯坦在后来的《相对论》中却认为，宇宙中万有引力是不存在的，只所以有万有引力的现象，是因为时空是弯曲的。空间中的有质量的物质可以改变其周围时空的结构，如果运动的物质经过已经改变了的时空时，它就会沿着测地线运动。在我们看来，就像环绕大物质运动一样。所谓测地线又称大地线或短程线，可以定义为空间中两点的局域最短或最长路径。

有质量的物质为什么可以改变其周围的时空的结构呢？

万有引力的传递的中间媒质是引力场，那么它是一个什么样的物质呢？它是怎样传递的呢？现在我们知道，万有引力的传递并非牛顿所认为的是瞬时的，而是以光速传递的。假如太阳突然消失，它的引力并不是瞬时传到地球的，而是差不多八分钟左右地球上我们才能感觉到。这说明，引力场是光一样是以光速传递的。我们假设引力场有基本的最小单位，称为引力子。我们必然知道引力子的速度是光速，传播的方向在时空中是任意方向。因为引力场是传递万有引力的中间媒质，它的基本单位——引力子也必然和有质量的物质的基本单位相作用。

我们在这里谈论引力场，和相对论里的出处有点区别。相对论认为，有质量的物质在其周围可以产生引力场；在本篇中，引力场充满整个宇宙的空间，以光速沿任意方向运动。如果我们把空间量化，缩小到普朗克常数值的体积。这个极限小的体积内一个方向上的运动着的引力子的数量，称为引力子在某个方向上的矢量密度，这个值在没有有质量的物质的空间中是常量。充满空间的运动的引力子和已经放弃的同样充满空间的以太是不同的，一个是以光速运动的，另一个是绝对静止的。

假设一个单独的有质量的物质存在于宇宙的空间，我们可以推测，该物质的基本单位——基元就会受到来自其周围的四面八方的引力子撞击。在各个方向上其遭受撞击的引力子的数量在概率上相同，这就必然造成其受到引力子的撞击的合力为零。此时，物质在我们看来，就像没有受到力的作用一样。所以说，单个的物质在宇宙的空间是不会产生万有引力的作用的。

如果是两个有质量的物质存在于宇宙的空间时，会出现什么情况呢？我们现在来加以讨论。处在引力子的海洋中的两个物质仍然受到引力子的撞击，在其他方向上，两者受到引力子的撞击都互相抵消，只有在两者的连线方向上撞击力不能互相抵消。在两者的中间的区域，两者的本身和它们内切线所组成的圆锥体的区域内，引力子因受到它们本身的基本单位——基元的过滤后，引力子的密度是小于正常的数值的。现在我们看到，两者中间的引力子的密度小，外面的密度大，在运动着的引力子的作用下，就会产生两者会受到引力子在连线方向上向内挤压的趋势，这个趋势在我们看来，两者好像相互吸引一样，这便是万有引力形成的本质。

这种说法参考了豫言谈科普的《引力子的密度在时空结构中作用》，里面有详细的推导过程，这里不在赘述。

至此，我们知道，引力子的密度在时空中各个方向上是均匀的，除非在有质量的物质存在的时空附近。所以，我们可以说，引力子的的密度是组成宇宙时空的骨架，是时空弯曲的组成材料。它随着物质间的质量的变化而变化，正是它的适当的变化，才改变了宇宙的时空结构，造成了时空弯曲的根本原因。相对论所说得有质量的物质可以使其周围的时空弯曲，不如说是有质量的两个或多个物质之间的引力子的的密度随它们的质量的改变而改变，也就改变了其周围的时空结构。