全新的“時空”觀
時間和空間是人們?nèi)粘I詈涂蒲谢顒又忻撾x不了的概念,也是構(gòu)建物理學(xué)大廈的重要基石,盡管大家一直在應(yīng)用,卻直到現(xiàn)在也沒有能給它下一個明確定義。 物理學(xué)對時空的認(rèn)識歷經(jīng)了兩個重要階段,第一個階段是經(jīng)典物理學(xué)時期,科學(xué)家沿用了人們的感性觀念,認(rèn)為時空是一種與任何物體無關(guān)的存在,時間在宇宙中流逝,而空間好象一個容器,兩者之間沒有聯(lián)系關(guān)系,也不知道它們是本體還是誰的屬性,與動體也不發(fā)生相互作用關(guān)系。牛頓按照這個時空觀創(chuàng)建了三個動體定律和萬有引力定律,伽利略又發(fā)明了慣性參照系變換法則,在此法則下,物體的空間位置和速度是相對的,路程、時間間隔、同時性是絕對的,這樣,牛頓力學(xué)在伽利略變換下保持形式不變,拓展了它的應(yīng)用范圍。 第二階段是現(xiàn)代物理學(xué)時期,時空的相對性原理被進(jìn)一步拓展,狹義相對論做了兩個假設(shè),既認(rèn)為物體的運動狀態(tài)改變與選擇參照系無關(guān),又認(rèn)為任何一個參照系中光速都相同,這兩個假設(shè)糅合在一起,必然會導(dǎo)致洛蘭茲空間收縮,最后,狹相演繹出了“質(zhì)增、尺縮、時脹”謬誤。1915年,愛因斯坦創(chuàng)建廣義相對論,把相對性原理從勻速運動推廣到加速運動,在時空與物質(zhì)之間建立了關(guān)聯(lián)性,認(rèn)為物質(zhì)的存在會引起時空彎曲,但依然不知道時空究竟是哪方“神仙”的屬性,因此,狹相的時空觀是錯誤的,廣相的時空觀需要進(jìn)一步完善。 現(xiàn)代物理學(xué)的時空觀雖然不完備,甚至有錯誤,但已為全新時空觀的誕生奠定了基礎(chǔ)。事實上,物理學(xué)在處理物理問題時,早就將時空結(jié)合在一起使用,經(jīng)典力學(xué)中的速度等于路程與時間之比,其本質(zhì)就在是描述事件的“壽命”時空,只是沒有明確定義而已?,F(xiàn)代物理學(xué)與經(jīng)典物理學(xué)的主要區(qū)別是“場”理論,經(jīng)典力學(xué)中的“場”是絕對時空,認(rèn)為時間與空間獨立存在,不存在關(guān)聯(lián)性,這一觀念后來受到電磁場理論沖擊,眼看著物理學(xué)大廈的基石在動搖,洛侖茲給出了一個空間收縮數(shù)學(xué)模型,閔科夫斯基又給出了一個四維時空方程,這兩樣?xùn)|西,再加上愛因斯坦的相對論,全新時空觀框架的原材料已全部湊齊,只待人們將新時空概念架構(gòu)起來。 時空的本質(zhì)是事物存在時所持有的能量狀態(tài),有兩方面深刻內(nèi)涵: 一是代表一個事件從誕生到消亡的時空,用空間和時間之比(速度)描述它從發(fā)生到終結(jié)所擁有的等效動能,這種時間與空間的結(jié)合稱“壽命時空”。如宇宙,雖然我們不知道它的誕生時刻和消亡日子,也不知道它占有多大體積,但它必有自己存在的固有時空;如人類社會,我們發(fā)明了公歷紀(jì)元時間,創(chuàng)造著人類的活動空間和存在時間;如國家政權(quán),從建國到滅亡,朝代更迭,各有自己的存在時空,腐敗政權(quán)曇花一現(xiàn),文明政權(quán)創(chuàng)造盛世;如一個人,其生活工作空間、思想文化空間和壽命結(jié)合,形成個人時空,深山老林中的百歲老人壽命可能很長,但思想文化、起居活動空間可能很小,社會精英的壽命可能很短,但其短暫一生的活動領(lǐng)域可能長存于人間;如拋體運動,從起飛到下落,占有一定的時間和空間,平拋時走直線,斜拋時走曲線,壽命的“時間之箭”指向未來,不可倒流。 另一是代表組成事物結(jié)構(gòu)要素的時空,為滿足事物的存在壽命,它內(nèi)部的結(jié)構(gòu)要素都必須由可以起死回生的要素組成,這些要素按照周期率運行,稱“周期時空”。起死回生事物運行一周所用時間稱周期,所占有的空間稱“波長”,波長與周期之比代表事物運行的等效速度,等效速度平方就是該事件的等效動能,周期“時間”是可逆的,反演時頻率高內(nèi)稟勢強(qiáng),頻率低內(nèi)稟勢弱,但內(nèi)稟時空之比永遠(yuǎn)守恒,不會無故喪失,也不會無故增加。根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部“熵流”不同,物理學(xué)空間是可以伸縮的,時間是可逆的。時空是確定事物本質(zhì)屬性的重要參量,存在于所有事物的結(jié)構(gòu)中,物理學(xué)中“厘米-克-秒”基本量綱就是事物的本質(zhì)屬性,由于在經(jīng)典物理學(xué)時代還不知道質(zhì)量和能量具有同一性,根據(jù)相對論質(zhì)能公式,質(zhì)量就是能量,故從現(xiàn)代物理學(xué)觀點看,時間是事物運行的壽命,空間是事物所占有的體積,質(zhì)量是事物所攜帶的潛能。 “時間”可逆性表現(xiàn)為熱力學(xué)熵的時間指向未來,從低熵向高熵,內(nèi)稟時間(周期)拉長,系統(tǒng)處于衰老狀態(tài);耗散結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的時間指向過去,從高熵向低熵,內(nèi)稟時間(周期)縮短,系統(tǒng)處于返老還童狀態(tài)。以輻射量子為例,量子的頻率高,周期時間就短,波長也隨之縮短;縮短的時空蛻變成內(nèi)稟勢,它所占有的空間彎曲就大(低熵量子),對外作功能力增強(qiáng),顯得年輕壯力;量子的頻率低,周期時間就長,波長也隨之變長,它所占有的空間就變得平坦(高熵量子),內(nèi)稟勢降低,對外作功能力減弱,顯得衰老無力。這一時空概念可用于對生命體新陳代謝運動的解釋,也可用于對人格心理屬性的演繹分析。 |
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