回覆列表
  • 1 # ppplong

    存在,可以這麼理解,量子糾纏態就可能是四維粒子在三維空間的兩個投影,所以他們會存在沒有距離限制的同時響應。

  • 2 # 熱點追蹤部

    在理論上是存在的,在物理學中的四維可認為是加上時間項的四維,在四維中,時間是可控的,可以回到過去,也可以去到未來(這個未來是模糊的)

    原因:1、我們所處的三維空間在我們看來是物質本質的空間

    在宇宙大爆炸時,物質和時空一起形成,有了物質,才有空間,有了運動,才有了時間,時間和空間是相對的。

    2、時空是相對的,是否說明達到某種條件即可進入四維空間?

    按照狹義相對論來說,當物質的運動速度達到光速時,時間就相對靜止,那時時間就是沒有的一樣,而空間因為質量變大也會被影響,這裡我們不考慮那麼極端的情況,我們先看看時間靜止會怎麼樣?

    當時間靜止,你會看見你周圍的物質是一個一個“長長的蟲子”!,因為時間相對於你是靜止的,你看到的蟲子是物質的時間表現,這個蟲子的某個時間是如何的你都能看到,就像是一部膠片電影展現在你面前。(星際穿越也就是依據此拍攝的科幻片)

    這時候我麼覺得很神奇,我們看到的東西都是長長的蟲子膠片,我們還能去到某個時空影響它,但我們不能停止,因為我們停止就脫離了四維!那我們有沒有真實的四維空間呢?

    答案是:黑洞

    黑洞是一個特殊的天體,最近也被證明了,它是由於恆星引力塌縮到原子都無法承受的極端塌縮形成的。在廣義相對論中,物質的引力是空間彎曲的表現,當引力場強大到黑洞時,時空座標將互換(時間變空間,空間變時間),這也是為什麼在黑洞裡就好像在四維,當我們看星際穿越時候就能發現,我們在黑洞空間裡實際就是在時間線上,而在遊蕩的時間裡其實就是在空間中,這個可能有點難理解。

    在黑洞視界內,你一旦進入就無法出來了,因為你速度達不到光速,時間想對你不是靜止的,但是在黑洞內的時間卻是靜止的,所以你沒辦法出來,你只能因為時間的流逝一直往中心走;當你速度到達光速時候,你就能靜止在黑洞內了,當你速度超過光速時候,你就能跑出來了。

    所以在黑洞,也是目前被認為的理論上四維空間的現實物體。

  • 3 # 想法捕手
    如果黑洞存在,四維空間一定存在。

    探討四維時空沒意義,所以我就直接把這裡說的四維理解為四維空間了。在解釋這個答案前,我們先了解下什麼是四維空間?

    一句話就是,在三維空間上,多出一個對三維空間每個維度都是垂直的維度,這就是四維空間。

    不理解的就看下面的解釋,理解的跳過。

    一維空間多一個垂直維度就是二維空間。二維空間多一個垂直於二維所有維度的第三維度,就是三維空間,這三維就是我們日常所理解的前後、左右及上下。

    而四維空間就是在“前後、左右及上下”這三個維度上,需要再多出一個同時垂直於它們的維度。

    而這多出來的這一個維度,是在三維空間生活的我們,怎麼也想不到的,因為在上下、左右、前後的方向上是不可能還有一個多餘的垂直方向。

    黑洞扭曲的空間就是四維空間

    但根據廣義相對論,引力是由空間的扭曲度來定義的,空間扭曲越大,引力就越大。而黑洞就是根據相對論推匯出的一個引力無限大的天體,它將三維的空間完全扭曲。

    網上為了直觀地表現這個空間扭曲度,常用下面這種圖來表示黑洞對空間的扭曲。

    但上面這張圖,對空間扭曲的表現其實是不準確的,它只是在二維畫布上繪製的三維空間虛擬區域性結構面貌。

    因為,黑洞所產生的無限“向下”的引力是針對三維空間“上下、左右、前後”三個維度來說的,而引力是由空間“向下”扭曲形成的,所以說這個“向下”的垂直維度就是第四維度。而黑洞就等同於一個四維空間,因此我們也繪製不出一個黑洞的空間結構。

    四維物體會是一個怎麼樣的結構呢?

    雖然不是太準確,但可以這麼理解。

    既然在二維畫布上能繪製出三維空間的虛擬區域性結構面貌,那我們其實可以透過三維畫布來繪製四維的虛擬區域性結構面貌。

    二維畫布上繪製出的三維區域性是一個切面感知,三維畫布上繪製出四維區域性就是一個體積感知。

    二維畫布指的是平面影像,即一張紙上繪製的畫面,而三維畫布指的是全息立體影像,所以要做四維物體的體積感知,最好是用全息影像來繪製。

    由德國幾何學大家菲立克斯·克萊因創作出的的克萊茵瓶,實際上就是一個四維物體在三維世界的體積感知。在現實中雖然我們造不出來克萊茵瓶,但我們能描繪出這種體積感知。為了讓三維世界的我們感知更真實點,所以只能讓它表現得似乎是自己和自己相交一樣,但實際上它是不相交的,所以我說在三維尺度上,我們只能描繪出四維物體的一個體積感知而已。

    而之所以能創作出這個我們完全無法想象出來了怪東西,全得益於數學這個神奇的工具,克萊茵瓶其實也是數學領域的產物。在拓撲學中,克萊因瓶是一個不可定向的拓撲空間。這實際上就是一個目前我們能想象出的最近似四維空間的產物。

    也正因為數學這一工具的強大,才有現在超弦理論的11維空間的推導。不過那些目前也就是想想罷了。

  • 4 # 語境思維

    這個題目挺好,筆者就好好掰扯掰扯“時空”力求構建——華人正確的物理時空觀。

    文章較長,非物理系的理工男,看不懂與基矢與內積相關的,可跳過去。重點在後半部。

    先給物理新視野的答案

    ①物理空間,是不含電子質子等費米子的但是有質量能量密度的場物質,這和純幾何的數學空間截然不同。

    ②空間的計算單元是場量子,實體的內空間密度遠遠大於其外空間的密度。

    ④實體的內空間總是隨著實體一同運動,即內空間具有封閉性。

    ⑤實體外空間的任何一點,即場量子震盪的質心位置都在原地,沒有像子彈飛一樣的位移,即:△x=0。

    ⑥雖然附近時鐘t₁滯後於遠處時鐘t₂,但測量時間都是過去時,真實時間或作用力不可能在測量時間發生,可以認為△t=t₂-t₁=0。

    ⑦因此確認:實體外空間附近任一點作為絕對參照系即S(x,y,z,t)=S(x,y,t)=S(0,0,0)。我們只需三維時空S(x,y,t)來測量或描述空間元素的動力學引數。

    下面做詳細分析。先簡介歐氏空間、閔氏空間與黎曼空間,然後談空間操作的任務,最後正解時空觀,解開走出神邏輯的死結。

    關於歐氏空間

    起初,耳熟能詳的是歐幾里得幾何乃至歐氏空間,“歐空間”代號Eⁿ,即n維歐空間。

    二維歐空間E²,參照系零點S(0,0),可理解為Eⁿ在歐平面上的投影。E²是最簡潔明快的。例如分析原子內空間的電子運動軌跡分佈。

    三維歐空間E³,參照系零點S(0,0,0);四維空間E⁴,參照系零點S(0,0,0,0)。

    E⁴是含時空間,有時間則有向量場:動量場、標量場(如能量梯度)、張量場(度規)。

    歐空間Eⁿ,其實是實數空間Rⁿ。Rⁿ中的元素寫作X=(x₁x₂...xₙ),xi都是實數。Rⁿ作為向量空間,其運算(以下帶上標"的表向量):x"+y"=(x₁+y₁, x₂+y₂...,xₙ+yₙ),ax"=(ax₁,ax₂,...axₙ)。

    在Rⁿ引入標準基或基矢ei":e₁"=(1,0,0,...),e₂,=(0,1,0,...),eₙ"=(0,0,...1),於是Rⁿ中任意向量:x"=Σxi"ei"。Rⁿ是n維向量空間的原型。

    向量空間V"都是Rⁿ,二者同構(isomorphic),但非正則(Canonical),同構即n個基矢在V"同構像。有時著眼於n維向量空間而非Rⁿ,不希望被座標束縛,不必選擇V"中特定的一組基矢。

    歐幾何目的是討論兩點距離、直線、向量的夾角。當然是在Rⁿ上對任兩向量x",y",引入標準內積<x",y">,即x"·y",記為<x",y">=Σxiyi=x₁y₁+x₂y₂+...+xₙyₙ。即Rⁿ中的兩向量對應一個實數值。把Rⁿ及其定義內積,稱為Rⁿ上的歐結構;此時的也被稱為n維歐空間,內積"<,>"稱為歐氏內積。利用這個內積建立距離、長度、角度等概念。

    x"的長度:||x||=√<x",x">=√Σxi²。此長度函式滿足範數性質,叫Rⁿ上的歐範數。x"和y"夾角是反餘弦θ=cos⁻¹(<x",y">/||x"||·||y"||)。利用歐範數定義距離函式:d(x",y")=||x"-y"||=Σ(xi-yi)²。此距離函式也叫歐度量,是勾股定理一種形式。

    Rⁿ僅指實數向量空間,附加範數與內積,則叫歐空間,標記為Eⁿ,有內積空間、希爾伯特空間、賦範向量空間、度量空間。歐氏拓撲:歐空間是度量空間,是度量推導的自然拓撲空間。Eⁿ度量拓撲叫歐氏拓撲。歐拓撲的集是開的,只包含該集每一點周邊的開球,歐拓撲等價於Rⁿ的積拓撲。Rⁿ上拓撲的一個重要結論是魯伊茲·布勞威爾的區域不變性。若某Rⁿ子集與另Rⁿ子集同胚,則該子集是開的。若n₁≠n₂則Rⁿ₁與Rⁿ₂不同胚。歐空間與流形的關係:歐空間是其他更加複雜的幾何物件的原型。特別是流形,它是邏輯上同胚於歐空間的豪斯多夫拓撲空間。n維歐氏空間是n維流形的典型,即光滑流形。值得驚奇的是,1982年西蒙·唐納森證明了對於n=4不成立;其反例叫怪R⁴。歐氏空間也被理解為線性流形。Rⁿ中的m維線性子流形是作為仿射空間的一個嵌入其中的m維歐氏空間。例如,任意n>1的高維歐空間中的任意直線是該空間中的一個1維線性子流形。流形包含了歐幾何和非歐幾何二者。

    歐空間本質是平坦的。雖愛氏相對論說宇宙不是歐時空而是彎曲時空,並據說在航空重要,但是歐模型足夠精確用於其它實際問題。

    關於閔氏時空

    閔可夫斯基時空(閔時空)是狹相中由時間維和三個空間維組成。閔時空(重力與曲率=0)的平坦空間與時空間隔幾何學與狹相一致。但不同於牛頓平坦空間。

    愛因斯坦在瑞士蘇黎世聯邦科技大學時期的數學老師閔可夫斯基在愛因斯坦提出狹義相對論之後,閔於1907年將愛因斯坦與洛侖茲理論結果重新表述成(3+1)維時空,其中光速在各個慣性參考系皆為定值。愛因斯坦起初對閔時空不以為然,但當他1907年開始轉向廣相論發現閔時空是所要發展的理論基礎,轉為高評價。

    設向量空間V"是實數域上的四維空間,若是非退化的對稱型且其正慣性指數等於3,則(V",g)是閔可夫斯基空間。g在適當基下有如下矩陣:[-1,0,0,0][0,1,0,0][0,0,1,0][0,0,0,1]。V"上的正交變換是洛倫茲變換γ(v),V"中的迷向向量稱為光向量,適合g(x",x")>0的向量x"稱為空間向量,適合g(x",x")<0的向量x"稱為時間向量。

    藉助矩陣把上式寫成[x₁"x₂"]=[a₁₁a₁₂][a₂₁a₂₂][x₁x₂],變換矩陣[a₁₁a₁₂][a₂₁a₂₂]=[cosφ sinφ][-sinφ cosφ]是正交矩陣,這樣座標變換能保證任意兩點間距離不變。

    把x,y,z記為x₁,x₂,x₃,令x₄=ict為第四維,其矩陣是:[x₁"x₂"x₃"x₄"]=[γ00iβγ][0100][0010][-iβγ00γ][x₁x₂x₃x₄],式中β=v/c,γ=1/√(1-v²/c²)。此四維時空間隔(簡稱⁴s)是守恆的:s²=x₁²+x₂²+x₃²+x₄²=r²+(ict)²。含虛數勾股關係s²=r²+(ict)²說明:座標變換=旋轉變換。

    就慣性系S1,某物從A地勻速運動到B地歷時t₁穿越距離r₁;就慣性系S2,該物從A地到B地歷時t₂穿越距離r₂;兩慣性系物體從A地到B地經歷的四維間隔的平方分別是:s₁²=r₁²-(ct₁)²和s₂²=r₂²-(ct₂)²。

    若S1系此物速度為c,r₁/t₁=c,s₁=0,則經過時空座標變換後有s₂=0,r₂/t₂=c,也就是說該物在S2系速度也是c。若固定c(≠0)時間t與空間聯絡,則c運動物體在任何慣性系速度皆為c。

    四維時空≠四維空間,閔時空是虛構的。四維時空有1維是類空間ict,而四維空間各維是皆同性。閔空間ict維的座標或長度取值是0或純虛數,其他三維皆實數。再如:平面三角形在平直四維空間可任意轉動保持三角形本性,但在四維時空中進不了ict維,否則只能變態。

    四維時空長度≠四維空間長度,準確叫四維時空間隔(簡稱⁴s),表明空間與時間相互影響。牛頓時間座標不受空間座標影響,只有空間座標受時間座標影響。⁴s不變性↹狹相論。牛頓三維距離是參考系不變,服從伽利略變換。狹相論的任何參考系測量兩事件的⁴s都相同。

    關於黎曼時空

    如果說,閔氏空間用於狹義相對論;那麼說,黎曼空間用於廣義相對論。

    若n維V"有度規張量的逆等性:gij(xi)=gji(xi),使空間鄰近兩點M(xi)和N(xi+dxi)距離由正定二次型ds²=gijdxidxj決定,則該V"為黎曼空間。

    二次型ds²為黎曼空間線元,gij為黎曼空間的度規張量。定義弧長ds=√(gijdxidxj),而曲線xi=xi(t) (a≤t≤b),弧長s=ʃ(a,b)√(gijdxi/dt dxj/dt)。在黎曼空間,標量、向量和張量的定義類似於仿射空間,運算也相仿。

    對於兩個向量a"和b"的逆變的標量積定義為Φ=gijaibj,兩向量長度(模)為:|a"|=√(gijaiaj), |b"|=√(gijbibj),兩向量的夾角餘弦:cosθ=gijaibj/(√(gijaiajgijbibj))

    黎曼空間特例:歐空間以及將在狹相論中討論的閔空間,都是黎曼空間的特例。在歐空間直角座標系,令x₁=x,x₂=y,x₃=z,鄰近兩點距離:ds²=dx²+dy²+dz²,度規張量gij=[100][010][001]表明:在直角座標系中,度規張量分量與空間點位無關。在球座標系,令x₁=r,x₂=θ,x₃=φ,鄰近間隔:ds²=dr²+r²dθ²+r²sin²θφ²,度規張量:gij=[100][0r²0][00r²sin²θ]。在歐空間,若選用球座標系,則度規張量是點位座標函式,隨點位置變換而變化。在閔空間,採用座標系的一維時間座標和三維空間座標,建立四維時空關係。取座標為x₀=ct,x₁=x,x₂=y,x₃=z,則有不變距離公式:ds²=-c²dt²+dx²+dy²+dz²,座標分量用長度量綱,則度規張量:gij=[1000][0100][0010][0001]=ηij,ηij表示四維閔柯夫斯基的度規。若黎曼空間選適當座標系,度規張量基本式是gij={若i=j則±1; 若i≠j則0,叫平坦黎曼空間。空間操作的任務

    首先明確:空間是物質的,是大自然給人類的恩賜與最隱秘的資源。

    目前,人類操作空間的任務是——利用空間來測量或標定空間元素(質點)的位置與方向。

    空間必須有統一的參照系零點=座標系原點=測量的基準;這個參照系最多複雜到理論上的四維空間座標系S(x,y,z,t)=S(0,0,0,0)。

    其一:若描述變態元素(範體),即自身尺度與運動方向皆有變化,用S(x/t,y/t,z/t)描述即可。 但這只是理論上的,實際工作不必要。因為我們要麼關注元素的方位變化,要麼關注元素的結構變化。不會吃飽了撐的自找麻煩。

    即便考察變態元素,例如導彈所受湍流影響的分子元素是極複雜,我們不會指望數學建模能計算出來,只能主要依據風動測試引數。

    其二:若描述動態元素(質點),即空間某質點的動態引數(距離,範數,線性,內積),可將S(x,y,z,t)簡化為三維動態空間S(t,y,z)&t=x/v即可。

    其三:若描述定位元素(剛體),即空間某剛體的結構引數(慣量,尺度,密度,剛度),即不考慮位移與時間,可將S(x,y,z,t)簡化為S(x,y,z)。

    對三個數學時空的基本估計

    前述:歐氏空間是平靜的;閔氏空間是旋轉的;黎曼空間是彎曲的。都是數學時空觀。

    實際工作表明,歐空間是比較靠譜的,但問題是:歐空間無法解釋能量的傳播機制。

    歐氏時空的瑕疵是:時空是絕對靜止的,而實際上空間場量子以光速就地震盪,場量子之間以光速相互推湧。

    閔氏時空的瑕疵是:時空是絕對旋轉的,而實際上空間場量子之間以光速徑向推湧。

    黎曼時空的瑕疵是:時空是絕對彎曲的,而實際上附近外空間時鐘可代表遠處時鐘。

    自從邁克爾遜莫雷實驗否定以太之載體性存在,空間的物質性就被物理大神們徹底否定了。

    當然,百年時空觀似乎是基於科學實驗與數學推理。但問題是:同一個實驗可以有多種解釋,數學公式也可以充當謬論的工具。

    所有物理事實(非思想實驗)都是彌足珍貴的證據,筆者正是基於並透過這些現象、效應、實驗與實踐,尋求其背後的本質。

    為什麼說:空間是有質量/能量/密度的物質?

    理由1:根據F=GMm/R²,引力與R²成反比,引力對空間很敏感,空間規模對引力有顯著的吸納性、衰減性、紅移性、載波性。

    否則,如果說空間是虛無,引力就會超距傳播,就不該有逐漸衰減,這不符合事實。說明,空間是一種無形的場物質。

    理由2:根據▽·E=ρ/ε₀ ,▽×B=μ₀+μ₀ε₀əE/ət,電場梯度取決於真空的能密與電容率,磁場梯度取決於真空場的電位移、磁導率與電容率,說明空間有物質性。

    理由3:根據c²=1/ε₀μ₀,真空中的光速取決於真空場的電容率與磁導率,說明場介質具有以光速運動的內秉或固有特性。

    理由4:根據c=fλ,電磁波的頻率與波長成反比,電磁波隨著空間尺度的不斷深遠,頻率不斷衰減而波長不斷紅移。

    說明空間對電磁波與引力波的能量,有吸納性、衰減性、載波性。

    射電望遠鏡接收M87為毫米電磁波,是M87剛激發高頻伽瑪波經歷0.55億光年紅移的證據。

    理由5:原子半徑約1萬費米,電子半徑約2.82費米,原子核半徑約1.5費米,原子內空間極其空闊,但原子卻表現出強大的剛性與緻密性。

    說明原子的內空間總是隨著原子以500米/秒一同震盪,內空間有整體的位移性與封閉性。

    理由6:質子質量為938MeV,其內部的三夸克uud質量為9.6MeV,繆子質量105.7MeV。似乎有所謂的質量虧損,其實不然!

    根據質量守恆定律,還差的822.7MeV,顯然是質子內空間的質量。說明,實體密度與內空間密度成正比。內空間承載實體的結合能。

    理由7:根據核聚變方程D+T→He+n,根據能量守恆,說明氘氚原子的內空間對pn與pnn具有致結合能=17.58MeV,不是所謂質量虧損,而是空間被超壓縮所承載的能量。

    理由8:根據電子湮滅方程±e+2×0.51MeV↹ ±γ+1.02MeV,正負電子分別被LHC加速到光速(0.999c)。

    根據質量守恆與能量守恆,方程左右能量守恆,左右質量也必須守恆,只能推出:電子質量=光子質量,說明電子從實體急劇膨脹為光子。

    不難計算,此時光子半徑390費米,光子體積是電子體積的(390/2.8)³=265萬倍。

    而光子或場量子,正是/也只能是空間的基本單元。說明空間是有質量有密度的。

    不難計算,普朗克衛星在離地球150萬千米處所測得的宇宙微波背景輻射(λ=7.35cm)的場量子/光子半徑1.17cm,密度1.35×10⁻²⁵kg/m³。

    同時指出,光量子是承載電磁輻射能與引力輻射能的空間單元,光量子=場量子=引力子。

    由於空間具有吸能性與載波性,光子在承載電磁輻射能的過程中,會不斷降頻紅移,光子的體積也會逐漸變大。紫外線因為光子體積小而具有很強的穿透性,可見光因為光子體積大而很容易被薄紙擋住。

    理由9:邁克爾遜莫雷實驗不能證明以太或真空場的不存在。因為實驗是在地球系的內空間所做。內空間具有伴隨整體的位移性與封閉性。

    地球雖然以30千米/秒繞日高速旋轉或者以250千米/秒繞銀運動,但並不意味著有相對於地表而位移的以太風。

    因為大氣層所含以太炁是伴隨地球一同運動的,以太炁與地表之間的相對速度≡零。

    這就好比飛機乘客不可能覺得客艙內的空氣有像飛機外空間的超大氣流衝擊波。

    理由10:天然的原子光譜實驗表明:原子內空間的電子繞核震盪而切割原子核電荷的磁力線產生感生電動勢(½mv²↹ke²/R),同時激發原子外空間大量場量子(½mv²↹hc/λ)。

    由於核外電子的運動速度,涉及從近核點進動到遠核點進動的大大小小的不同速度。

    進而激發的電磁波波長也會有長長短短,進而有原子光譜超精細結構,應該有極弱而不顯示的連續性電磁波譜線。

    所謂的能級躍遷只是就敏感的譜線而言,由於空間光子的分佈是無縫隙的,電子震盪速度也是連續的,能量子離散性理論是不可靠的。

    說明只要有實體存在的地方,其外空間就必然無縫隙充滿了難以計數的光量子。這些實體包括空間瀰漫的低溫等離子體、宇宙塵埃。

    理由11:銀原子經過不均勻磁場的電子自旋角動量理論是不可靠的,其感光性的本質是光量子的發射機制。

    電子自轉是必然的,這是所有成熟天體較規則性自轉,不成熟小行星與塵埃胡亂翻滾型自轉的共性。說電子不自轉不符合自然邏輯。

    用海森堡測不準公式△x△p≥h/4π推匯出電子以137c超光速自旋進而否定電子以光速自轉,本無內在聯絡,牽強附會的數學遊戲。

    電子以光速自旋,以保持慣性質量,其引力勢能:Ep=F·r=(mc²/r)r=mc²=0.511MeV是粒子物理學的基本邏輯。電子以光速自轉自然形成南北極與磁偶極矩。

    核外電子由於受到原子核電荷的的影響,電子的南北極不會輕易顛倒,因而顯示負電荷。

    但是,當銀原子價電子經過不均勻磁場時,打亂了電子南北極的常規傾向,部分電子必然顛倒了南北極,而顯示正電荷,造成分道揚鑣的兩道光子譜線分佈。用“電子同時正反轉”的詭秘性解釋是極其荒謬的。

    尤甚,運動的電子就是一個移動震源,會絕對連續的激發附近場量子推湧呈現電磁波現象。

    接收屏顯示的光斑,本質上只能是電磁波的感光效應,並不是電子本身具有感光性。

    所謂的正電子,就是負電子的自旋軸被顛倒了南北極的指向。由於電子與質子總是形影不離,只要沒有外加磁場的干擾例如LHC,正電子與負質子就很難發現。但是電子的自旋方向可以規定為永恆不變。這個世界根本不存在什麼反物質。

    本例也說明,空間固有光子的光學行為處處在捉弄人類對量子行為做出神邏輯的解釋。

    理由12:雙縫干涉效應的本質是真空場量子的傑作,絕非不確定原理時光倒流效應。

    即便是從電子發生器釋放一個電子(當然不可能如此精確),這個電子就會立即激發附近大量場量子表現為大量光子的波陣面。這些光子湧過第一個狹縫,繼續推湧穿過兩個狹縫,就有了兩個大量光子的波陣面,相互疊加/共振時有若干波峰與波谷,最終衝擊在底屏上留下明暗相間的條紋,波峰反映的是明紋,波谷反映的是暗紋。雙縫干涉是真空場被激發的場效應。

    物理時間的廬山真面目

    首先明確:物理時間≠數學時間。時間的本質與空間一樣,即便是科學界也是鮮為人知的。對時間的正確認識,要感激天文物理學,尤其要感激射電望遠鏡的發明家。

    時間要點1:真空光速不變是理解時間本質的突破口。遍歷原理:時間長度(t)與空間尺度(R)可以等效代換:R=ct,或:t=R/c。

    電磁波與引力波是真空場量子的相互推湧的固有速度,服從c²=1/ε₀μ₀,與波源毫無關係。

    任何實體的運動,不管快慢或有無電荷,就必然會推壓場介質,激發場量子表現為電磁波。

    場量子的推湧距離與推湧時間成正比,即:R=ct。真空光速c,是時間與空間之超對稱關係的比例常數。

    天文物理學常用光年、光秒,表示空間光子的推湧距離,即:時間間隔↹空間間隔。1光秒=299792458米。1光年=9.44×10¹⁵米。

    時間要點2:非光子推湧關係的時資訊毫無意義。只有光子之間經過推湧的空間兩點間的距離/速度/時間引數才是有效資訊。

    如果按閔氏空間的勾股關係ds²=r²+(ict)²計算兩點之間的距離或範數,就有不自洽問題。

    只有按公式:光子推湧的時間=光子推湧的距離÷真空光速,即:t=d/c,才是有效資訊。

    如上圖,有兩個光源A與B,間距AB=2k,有兩束對稱的交叉光波AA與BB,夾角為2θ。

    兩光交會之前,兩光彼此逼近。當分別行至A"B"兩點,A"B"=2a,AA"=BB"=d",各自耗時總和:d"/c+d"/c=2d"/c,行至A"與B"兩點時的相對速度:v=2a/(2d"/c)=ac/d"...(1),(a/sinθ+d"):(a/sinθ)=k:a,

    有:k/sinθ=a/sinθ+d",有:a=k-d"sinθ...(2),代入(1)有:v=(k/d"-sinθ)c...(3),

    分析(3):若d">>k,則v<<c;若d"<<k,則v>>c。考慮θ=π/2,則v=(k/d"-1)c。

    兩光交會之後,兩光彼此遠離。當兩光分別到A""與B"":A""B""=2b,耗時總和=2b/csinθ,A""B""相對速度:v=2b/(4b/csinθ),即:v=csinθ...(4)

    分析(4):若θ=π/2,則:v=c;若θ→0,則v→0。公式(4)說明:光子原地震盪無位移。

    兩光背離的相對速度v=c;兩光最逼近的相對速度v→0:相鄰光子之間的相對速度v=0。

    另外強調一點:光總是以直線推湧,如果遇到剛性的電子或質子,光會因康普頓效應而偏折,變成改變方向的直線推湧。相當於有了新的光源,時間的計算公式依然是t=R/c。

    時間要點4:非及時到達的時間資訊毫無意義,這與時間要點3的邏輯是一致的,還牽扯到一個令人撲朔迷離的“時間悖論”。

    常言道:覆水難收,過去的事物一去不復返。這些說法沒毛病。可對“未及時到達的時間”就令人費解。

    例如:地球接收的Sunny,是太陽8分鐘之前發出的光。這裡有兩套時鐘:地球鍾與太陽鍾。

    如果按地球鍾為基準,此時接收的光屬於現在時間;如果按太陽鍾為基準,到達地球的光是過去時間,即地球鍾總比太陽鍾滯後8分鐘。

    這服從伽利略相對論,符合人類的一般經驗,沒毛病。但是,有兩個深層次的問題。

    其一:地球時間與太陽時間,究竟誰是真實時間呢?太陽的發光時間是真實的,地球的受光時間是虛假的,可是,地球受光現象分明是實實在在實時發生的啊。

    其二:地球看到的太陽,總是8分鐘之前的太陽,而此時的真實太陽,我們永遠無法知道它是死是活。

    而射電望遠鏡看到的M87黑洞,只是0.55億年前的黑洞,在0.55億年期間的任何時刻,M87黑洞可能早已不復存在。

    那麼問題來了:地球時間對應的任何影像學或動力學引數還能信麼?

    筆者認為,這個時間悖論問題,物理學必須有個科學規定,即需要補充一個公理。

    基本邏輯是:由於遠方的任何物體的動力學效應,作用到(我們賴以生存的)地球,最快也得期待光速傳播的時間t=R/c,R是地外天體的距離。而這個期待是不可能發生的。既然不可能發生,就完全有理由規定:

    基於地球鍾對其它天體鍾所記錄的任何動力學引數,與其它鍾所記錄的視同等效與同步。即:地球時間≡其它時間≡絕對時間。

    例如:地球接收0.55億年前M87的所有資訊與動力學效應,視同M87瞬時達到地球,即便M87有可能早已消亡,但這種可能是毫無意義的,因為不可能接受0.55億年之後0.1秒的M87的任何資訊與效應。

    結語

    1. 物質必需運動,運動必需空間,空間承載能力,能力必需時間,時空可以互換。物理必需測量基準,測量基準就是參照系。

    2. 空間是有質量/能量/密度的真空場。內空間是封閉的、可位移的。外空間是開放的、不可位移的。

    3. 場量子/光子是空間的基本單元。光子以光速在原地震盪,並以光速依次推湧。顯然,基矢與內積操作是多餘的,用密度統計法足以。

    4. 外空間任意點可作為絕對參照系S(0,0,0)。地球時鐘=其它時鐘=絕對時間。

    5. 四維空間(或多維)是難以兌現的數學空間。三維空間S(x,y,z)足以表述靜態空間元素。三維時空S(x,y,t)足以表述動態空間元素。

    6. 基於絕對參照系的歐氏空間依然是物理學的常用空間。閔氏空間專用於狹義相對論、黎曼空間專用於廣義相對論,是抽象的數學空間。物理學迫切需要實實在在的物質空間。

    Stop here。物理新視野與您共商物理前沿與中英雙語有關的疑難問題。

  • 中秋節和大豐收的關聯?
  • 有哪些功能特別強大的APP推薦呢?