劉泰祥

現(xiàn)代物理學(xué)認(rèn)為，空間和時(shí)間不僅跟物質(zhì)不可分，而且空間和時(shí)間是密切聯(lián)系在一起的時(shí)空。直到今天，人們對(duì)時(shí)間和空間本性的認(rèn)識(shí)，還處在初級(jí)探索階段。

1. 時(shí)間的本性

對(duì)于時(shí)間的本性，當(dāng)前科學(xué)界尚未形成一致的觀點(diǎn)。在對(duì)某個(gè)特定現(xiàn)象的觀察過(guò)程中，其外界周期性的現(xiàn)象（如日出或日落）自然成為一種觀察背景，這些背景的周期也自然成為測(cè)量所觀察現(xiàn)象的一種標(biāo)尺。用這個(gè)標(biāo)尺測(cè)量現(xiàn)象得到一個(gè)數(shù)值，這個(gè)數(shù)值的物理意義我們稱作時(shí)間。可見(jiàn)，時(shí)間是從周期運(yùn)動(dòng)導(dǎo)出的概念。

物體的運(yùn)動(dòng)是在空間中的運(yùn)動(dòng)，沒(méi)有空間就沒(méi)有運(yùn)動(dòng)，而時(shí)間又是從運(yùn)動(dòng)導(dǎo)出的，因此時(shí)間是從空間派生出的概念。換言之，時(shí)間是空間的一種性質(zhì)。

如同質(zhì)量是從萬(wàn)有引力導(dǎo)出的概念、電荷（電量）是從庫(kù)侖力導(dǎo)出的概念一樣，時(shí)間是從運(yùn)動(dòng)導(dǎo)出的概念。 時(shí)間、質(zhì)量、電荷都是一種物理量，是我們理解和描述事物的一種方法和工具，而不是事物本身。

正如對(duì)于一個(gè)有質(zhì)量的物體，我們不能說(shuō)成物體與質(zhì)量是一種并列關(guān)系，而應(yīng)理解為質(zhì)量是物體的一種性質(zhì)；對(duì)于具有時(shí)間的空間，我們也不能說(shuō)成空間和時(shí)間是并列關(guān)系，而應(yīng)理解為時(shí)間是空間的一種性質(zhì)。

2. 空間的本性

愛(ài)因斯坦認(rèn)為，物理客體不是在空間之中，而是這些客體有著空間的廣延[1]；在這里空間本身只是實(shí)物存在的形式，沒(méi)有實(shí)物之間的共存關(guān)系，就不會(huì)形成位置、形狀、廣延等空間概念。

然而量子場(chǎng)論認(rèn)為，量子場(chǎng)是物質(zhì)存在的基本形式，量子場(chǎng)系統(tǒng)的基態(tài)（即能量最低的狀態(tài)）就是真空，即空間。這一基態(tài)形成了自然界的某種背景，一切物理測(cè)量都相對(duì)于這一背景進(jìn)行?？梢?jiàn)，在量子場(chǎng)論中空間是充滿物質(zhì)的。

筆者認(rèn)為，空間是對(duì)流體態(tài)物質(zhì)（爽子流體）幾何屬性的表述方式，爽子流體是空間的本體，不含爽子流體的絕對(duì)虛空是不存在的?？臻g具有能量屬性（場(chǎng)）及與物體的依存性，因此用系統(tǒng)相對(duì)論的空間觀可以將愛(ài)因斯坦相對(duì)論和量子場(chǎng)論的空間觀統(tǒng)一起來(lái)。

3. 對(duì)四維時(shí)空的判定

我們知道，物質(zhì)具有體積性質(zhì)，沒(méi)有體積的物質(zhì)是不存在的，體積性質(zhì)表現(xiàn)在空間上就是空間具有三個(gè)維度。在三維空間系下，我們看到的宇宙是動(dòng)態(tài)的，存在各種物體與天體的運(yùn)動(dòng)和演化過(guò)程。

既然時(shí)間是空間的一種性質(zhì)，那么時(shí)間維度就不能作為獨(dú)立于三維空間之外的另一維空間。觀察者離不開(kāi)時(shí)間，即觀察者無(wú)法獨(dú)立于四維時(shí)空系之外觀察一個(gè)物體的狀態(tài)。因此，對(duì)于一個(gè)觀察者來(lái)講，四維時(shí)空是不存在的。換言之，四維時(shí)空只是一種思維的產(chǎn)物，它沒(méi)有任何物理意義。

4. 對(duì)額外維空間的判定

在弦論的不同版本中有多種空間維度版本，除了三維的經(jīng)驗(yàn)空間維度和一維的時(shí)間維度外，其余的維度都是蜷縮在內(nèi)空間中。

在包括M理論在內(nèi)的弦論各版本中，內(nèi)空間是為解決當(dāng)時(shí)所面臨的問(wèn)題而特設(shè)的，空間維度的多少在于我們的選擇。既然四維時(shí)空都不存在，那么更高維度空間也就更不存在了。

令人欣慰的是，2010年3月13日《新科學(xué)家》祝賀英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)員、數(shù)學(xué)家彭羅斯八十華誕文章透露：“最近，弦論的創(chuàng)立者威藤已采用彭羅斯的扭量理論，試圖將弦論的11維時(shí)空減為較易對(duì)付的4維?！蓖贄?1維用4維時(shí)空，無(wú)疑是向正確的物理學(xué)道路靠近了一大步，但這還只是回歸到愛(ài)因斯坦的4維時(shí)空，距離正確的道路還有一步之遙。

總之，空間有且只有三維，時(shí)間是空間的一種性質(zhì)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 愛(ài)因斯坦，許良英，趙中立，張宣三.愛(ài)因斯坦文集[M]，1卷.許良英，范岱年，譯.北京：商務(wù)印書(shū)館，1976：560， 204.

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責(zé)編/龐貝