【ds比dt为什么不是速率】物理学的哲学意义(第三十章)

第二十九章时空测量的意义

通过这本书上面的讨论，我们明确了一个观念——时空是心灵的构成，不是自然的真实存在。

心灵创造时空概念是为了描述运动的状态，运动的状态对应于引力场作用（相互作用）的状况。所以，说到底心灵创造时空的概念是为了认识自然的终极存在形式——相互作用的过程。因为，相互作用呈现给心灵的是物体时空状态的不同或改变，即空间距离方向的改变量与时间变化的快慢。也就是说，心灵是通过运动学而了解动力学的，而动力学是自然存在于心灵的根本形式。

我们了解运动，重要的是了解运动空间变化的量与时间变化的量，这就引入了一个问题——如何测量时空。通常我们是用尺子测量空间的大小，用时钟测量时间的快慢。在数学上我们用坐标轴上的刻度来表示尺子的长短和时钟的快慢。一个运动的状态对应于时空坐标一组数据或一个时空点。不同时空形象上讲就是时空单位量不同，时空元不同，就象是不同比例尺的地图，图上尺子量出的数据相同， 但表示的实际数据不同。dt≠dt/,ds≠ds/。时空的不同就是时空变量不等。

不同时空的时空测量与时空的相对速度有关，速度的定义为某个时空的空间变量与时间变量的比值。

v=ds/dt

速度不同意味着时空不同，速度变大，意味着空间变量变大——测量空间的尺子缩短；时间变量变小—— 测量时间的时钟变慢。

假设在地基 K 上有一辆高速列车 K/，相对地基以速度 v 作匀速直线运动，地基和列车上有人拿相同的手枪，以相同的速度 u 向距离相等的敌人同时射击。从地基上看，地基上的敌人三秒钟被打死；从列车上看，列车上的敌人也在三秒钟被打死。以地基为基础时空，地基上的时空变量为 ds、dt，列车上的时空变量为 ds/，dt/。从地基上看，子弹在地基上的速度为 u，在列车上的速度为 u/。则有。

u=ds/dt

u/=ds//dt/

ds/=ds(1-v2/c2)1/2

dt/=dt/(1-v2/c2)1/2

u/=u(1-v2/c2)

当 v=0 时，列车停止在地基上，从地基上看，列车上的情况与地基上相同。当 v≠0 时，从地基上看，列车上子弹的速度比地基上子弹的速度慢。若 v→c 时，从地基上看，列车上子弹的速度趋近于零。也就是说，从地基上看，列车上的敌人永远不会被打死，列车上的一切好象是停止的照片。但是，我们知道，列车上的敌人也会在同样的时间毙命。只不过在地基上看，敌人没有被打死，这只是观测上的假象，其实从列车上看地基，情况是一样的。从基础时空上看，运动时空空间变小，时间变慢。当相对速度趋近光速时，运动空间缩小为一点， 时间会变得无限漫长。所以，我们看到的高速运动的时空，只是它过去某个时间的，缩小的情景，就象是动画的截屏。

对于任何时空，物理规律都是相同的，自然的存在之律不会因时空的选择不同而发生改变。所以，不管是在地基 K 上，还是在列车 K/上，敌人都会在三秒钟时被打死，只不过观察角度不同，观察的结论不同。如果列车在开枪时起动，在很短的时间（比如一秒种）车加速到接近光速，运行一秒种，然后一秒种减速到零，我们会看到敌人同时倒地身亡。在加速的过程中，从地基 K 上观察，运动的列车 K/上空间加速变小，时间加速变慢， 时空单位量是个加速变量；当列车 K/匀速运动时，时空单位量是常量；当列车减速时，空间加速变大，时间加速变快，时空单位量是个减速变量。两个不同运动（时空），如果它们起始和终止状态相同，那么其中的任何物理过程的结果也相同。

现在，我们考察双生子佯谬。假定生物体的衰老进程与所处参考系的运动相关。我们把哥哥置于地基 K 上， 弟弟置于飞船 K/上，兄弟俩的衰老速率相同。飞船从地球上起飞，经过一段时间后返回，传统上认为弟弟会比哥哥年轻。但实际上兄弟俩经历上相同的衰老过程。地球上的哥哥看飞船上的弟弟，和飞船上弟弟看地球上的哥哥是个同样的过程，他们的运动是相对的，他们经历的物理运动规律（衰老的过程）是相同的，他们见面时的物理状态（衰老的程度）也是相同的。如果飞船高速飞行，兄弟俩从自身的时空观察，对方都会衰老的慢一些。如果速度接近光速，弟弟像是哥哥床头上分别时拍的照片，同样哥哥是弟弟飞船上一张分别时拍的照片。当哥哥 100 岁去世时，弟弟仍然活在“世上”——照片里。但这个“世上”不是当前（地球）的世上，而是一种假象，实际上弟弟也早已死亡。当然，从飞船上看哥哥也是一样的。100 年后，当飞船回到地球时，看到的只能是俩人的遗骨。不会象电影里描绘的那种浪漫的情节，宇航员回到地球时会看到比自己还老的子女。

时空只是心灵的建构，不是自在实在的存在，不存在被物质场扭曲的实在的时空，不同的时空仅仅在于我们观察自然的角度的不同，而不会有自然规律——物理规律的不同。如果我们把时空比作二维的平面，不同的时空是不同平面，而不是一张连续的弯曲的曲面。每一个平面内都有相同的物理规律——这是自然存在的自在规律，只不过从不同平面观察另外的平面，心灵所呈现的结论不同，不是自然规律的不同。比如两张比例尺不同的地图，在 1/10 万的地图上北京到上海是段很远的距离，但在 1/10000 万的地图上，北京到上海看起来是段很近的距离。但实际上北京到上海的距离是不会变的。假设在太空中存在另一个相同的地球，相对地球以速率v 高速运动着。一人开车从北京到上海，同样的车，同样的路，同样的速度，那么，他们用的时间相同，经历的路程也相同。只不过从我们的地球上看，另一个人经历的路程更短，时间更长。当他回到我们的地球时也不会比地球上人的人更年轻。

运动——相互作用的过程，只对选定的时空有意义， 对于任何时空，运动规律都是相同的。对于心灵，要么生活在当下时空，要么生活在另外的时空，只要回归当下，一切都是相同的。我们看到的运动的世界，时间会被拉长，空间会被缩短，有些事情可能早已发生，我们看到只是过去的世界，缩小的世界。太空中距离遥远的、高速运动的星际系统，它们的尺度 s 要比我们观测的尺度 s/大得多；时间流失 t 要比我们观测时间 t/的快得多， 质量要小的多。

s=s//(1-v2/c2)1/2

t=t/(1-v2/c2)1/2

m=m/(1-v2/c2)1/2

而微观粒子，实际上可能是沿运动方向的一条直线， 生存周期更短，质量也更小。

所谓不同的时空，只是观测角度的不同，没有不同时空的实存，也没有什么时空穿越，人不可能回到过去，也不可能穿越到未来。时空只对某个确定的坐标系有意义，过去和未来只对某个确定的坐标系——某个确定的时空有意义。也就是说这个时空是同一个确定的时空，没有别的时空，何来穿越呢？

运动是时空的起源，时空是为了运动而生的，运动起源于相互作用。所以，时空的根本起源是相互作用， 有作用就会有时空，不同的作用，对应不同的运动，不同运动对应不同的时空。我们讲的基础时空是个思想起点，规定为静止的，平直均匀的时空，时间与空间没有关系，互不影响，是惯性系，是欧氏时空。时间与空间相互关联的时空，是洛氏时空。

对于高速运动（相对基础时空——地球）的星系空间，其内部在我们看来是几乎静止的，尺度无限变小， 时间几近停止。所以，我们看到的时空只是它运行变化的某个“过去”的缩小的“照片”。我们无法了解它的现在，也无法看到它的运动发展。要了解它就得把它停下来，或者我们追上去。所以，加速可能是望远镜、显微镜发展的方向。这样，我们不仅放大了观测对象的尺度，也可回溯它的发展历史。

我们研究宇宙的时候，不能仅把它考虑为一个大的空间，其重要的不仅是它浩渺与广阔，还要意识到它悠久与绵长。宇宙首先是一个时空概念，有时时间对宇宙的影响更为显著。距离（空间）会造成时间的变化；时间也会造成空间的异化。这一切都是运动，或者说是相互作用造成的结果。时空是一个相互关联的范畴，时空是可以相互转化的。空间会造成时间观测的位移；时间也会造成空间尺度的变化。

在对宏观（宇宙）和微观（粒子）的观测中，我们往往观注的是仪器性能的提高，其实，仪器的存在（运动）状态，对我们的观测可能帮助更大。因此，给仪器加速可能是未来提高观测手段的更好的办法。

宏观与微观是相对的，对于自然本身而言，没有什么尺度是绝对的分界。所以，在宏观和微观的尺度上物理规律应该是相同的。因此，宇宙学和粒子物理学的研究也应该是相通的。也就是说宇宙学与粒子物理学的研究是可以相互借鉴的。不过要注意的是，人类对他们的理解可能是有差异的。我们观测的宇宙、微观粒子，往往观注的是它们的空间结构（尺度），而忽视了其时间结构（视尺度）。要知道，对于观测者来说它们的速度是非常高的，所以，微观粒子的尺度可能不象我们了解那样“微观”。而且它所呈现的也不是当前（即时）的存在， 可能只是它们的历史存在。

由于运动，我们观测的宇宙星系，可能只是某个缩小的、瞬间的照片，如果星系在作加速运动，变化会越来越慢。如果变化越来越快，那么星系就在作减速运动。宇宙的加速膨胀是不是说明它在减速？

星系的盘状结构，是星系物质运动的结果。星系的高速旋转，使得盘面上的物质离心力大，垂直盘面方向的离心力小，更容易被星核物质吸引而俘获。使得盘面上物质远离星核，垂直方向的物质离星核较低，从而使星系呈圆盘状。螺旋臂说明物质并没有绕核作圆周运动， 可能有些物质正在向星核“坠落”。也说明星系物质分布并不均匀，这可能是星系物质自身的动场效应，从而使星系物质发生了类似光的洐射现象，说明星系物质也具备量子特征。特别注意的是如果星系物质高速运动，我们看到星系比它实际尺度要小得多，观测的变化要比实际变化速度慢的多，而它静止质量要比观测质量小得多。

飞速运动的遥远的宇宙时空，只不过是缩小的，过去的宇宙图景。如果基础时空加速，宇宙时空就会减速， 我们就会像观看录像片似的了解宇宙的历史。而且是放大的宇宙图景。如果我们加速到某个星系的速度，我们就会赶上它的发展，这可能是人们了解宇宙历史的金钥匙。

宇宙空间是个非循环的运动，我们观测的星系时空， 只是星系世界某个过去时间缩小的图景。如果它们与地球有相同的起源，它们的现时存在（地球时间）图景，就是地球的历史图景。了解现时的宇宙，可以认识历史的地球。从这个意义上讲，宇宙学又是考古学。

如果宇宙在减速之中，其空间尺度就在放大之中。宇宙的膨胀或许洽洽证明了它减速之中。那么加速膨胀， 说明它加快减速之中。世界真是奇妙，我们看到或许正是相反的实事。

宇宙——时空从来都是时间和空间的范畴。在研究宇宙时，千万不要忘了时间的作用。要永远记着一切都是运动的结果，这一切关乎一个永远不能忘怀的概念——速度——时空的因子。

物质（星系）的质量不是物质的多少，不是在宇宙形成时（大爆炸）分得物质的多少，而是经历的作用的多少， 经历的作用越多、越强，质量就越大。宇宙形成之初，总质量为零。它的毁灭之时，总质量也为零。所以，大爆炸的起点——奇点，不是一个密度无限大，质量无限大，时空曲率无限高，热量无限高，体积无限小的点。而是一个没有质量，没有一切存在的点，一个拥有无限可能的点。

中微子可能是核变过程中系统所损失的质量，是指系统作用过程中速度大于光速的那部分物质的量。它进入到另外的宇宙之中，不带电荷，在当下时空中不能为心灵所感知，不参与当前时空的一切作用。

在一切作用体系中，若体系中的物质速度不超过光速，质荷守恒，否则，质荷不守恒，但总质能守恒。

中微子是当前时空中逃逸的物质（电荷），在当前时空中不存在，但参与了过去时空的相互作用，而且作用的量非常大，因此对当前时空的影响也十分巨大。中微子或许与暗能量有关，或者可以大胆地假设它组成了暗能量， 它不存在于当前宇宙之中，但通过对过去宇宙中的作用——当前宇宙物质的运动（动能）来影响当前宇宙。当我们考虑物质质量对宇宙时空的影响时，要特别注意影响时空的是它的动质量，而不仅仅是静质量。对于远离我们的星系，由于其速度很大，静质量不大时， 其动量对时空的影响也是巨大的。暗物质（暗能量）存在于当前宇宙的隐宇宙之中，在空间上可能存在于当前宇宙的任何位置。它是与当前宇宙物质作用后加速到大于光速的物质，它不与当前宇宙发生任何作用，我们也无法感知它的存在。但它的消失， 会在当前宇宙留下巨大的能量，如当前宇宙之中巨大的动能。它可能是宇宙膨胀的直接力量。

如果宇宙起始于微观粒子，由于其高速运动，对我们来说它们几乎处于静止状态，我们无法看到今天的宇宙，宇宙的历史会变得无限漫长。

时间的方向是由心灵的感知而来的，它总是由已知指向后知。时间不是客观存在之物，它的方向取决于心灵的选择。我们了解的宇宙总是以地球为参考系来观测的，如果我们跳出宇宙，或者改变认识基础，时间的方向就有可能改变。

时间不是客观的外在实存——是心灵的建构，是心灵的为了研究运动而设置的范畴。时间是相对某个起点——基础时空而言的。对于某个确定的基础时空，时空是确定的，反之，是不确定的。时间是相对某个运动而存在的，是与引力场等价存在的，而无论引力如何变化，时空轨迹都是平滑的。时空只对与之相对的运动有意义。

相对基础时空，静时间、静空间、静质量是什么， 可能对物理学有着非凡的意义。它可能就是相对每个基础时空，宇宙大爆炸的结果。或者说是宇宙大爆炸造就了静时空和静质量。