談四維空時

劉文浩

【摘 要】同時性是相對的，四維空時的時間一維有一定長度的物理量，可以分前后，因而時間一維分為前后兩層。新事物不是來自沒有物質(zhì)的未來，主要是來自四維空時的內(nèi)層；舊事物也沒有留在沒有物質(zhì)的過去，主要是以其它形態(tài)回到了四維空時的內(nèi)層。

【關(guān)鍵詞】四維；引力；現(xiàn)在

1 宇宙是四維的

愛因斯坦提出的宇宙模型有三個要點，即靜態(tài)、有限及無界。

對于宇宙無界，比較好理解。以三維空間里的任何一點為中心，無論向什么方向進(jìn)發(fā)，其前程都是無限遠(yuǎn)。它沒有邊界。

既然三維空間沒有界，那為什么說宇宙是有限的呢？這是因為宇宙是四維的，三維空間沒有界，但時間一維卻有限。

為了便于理解，我們從“現(xiàn)在”說起。

時間由過去、現(xiàn)在、未來構(gòu)成的連續(xù)不斷的系統(tǒng)表現(xiàn)出來。對過去與未來，人們都知道二者的量是無限的，那么，在過去與未來之間有沒有現(xiàn)在呢？現(xiàn)在有沒有量呢？

如果說現(xiàn)在沒有一定的量，那么也就沒有現(xiàn)在。因為質(zhì)與量是不可分的。應(yīng)該說，現(xiàn)在有一定的量。在過去與未來之間有現(xiàn)在。現(xiàn)在并不是隔開過去與未來的一張無形的紙，它是新舊事物轉(zhuǎn)化的過程?？臻g與時間統(tǒng)一為四維連續(xù)區(qū)的關(guān)鍵就在于：現(xiàn)在有一定的量。現(xiàn)在的量也就是時間一維的量。

根據(jù)相對論，在同一時間發(fā)生在宇宙不同地點的兩事件，其同時性是相對的。兩事件雖是在同一時間發(fā)生的，但這同一時間仍有一定的量，有一定的長度，所以仍可以分先后，也就可以分內(nèi)外層。如果承認(rèn)宇宙是四維的，那就應(yīng)該承認(rèn)時間一維有一定的物理量。

既然時間一維有一定的物理量，也就有一定的范圍，有一定的限度，或者說限界。此限界分前后兩個。前面的限界是現(xiàn)在與未來交界的地方，后面的限界是現(xiàn)在與過去交界的地方。這兩個限界就是時間一維的兩外層，兩外層之間是內(nèi)層。這就像一枚無限大的硬幣有兩個面。

宇宙間的物體之所以大多呈圓形，原因就在于物體的運動不能超出這兩個面，星球的某些部分總要以某種角度觸及到這兩個面。

雖然人們所處的宇宙是四維的，但人們總感到似乎宇宙是三維的。這是因為四維空時中時間一維的外層展現(xiàn)事物的性質(zhì)及物理量，而其內(nèi)層難以展現(xiàn)事物的性質(zhì)及物理量。

至于為什么說宇宙是靜態(tài)的，那是因為既物質(zhì)不滅，也物質(zhì)不生，且物質(zhì)在時間一維內(nèi)的運動是旋轉(zhuǎn)運動，所以從整體上講宇宙是靜態(tài)的。

宇宙間生生滅滅的是具體的事物。宇宙是不斷發(fā)展的，不斷有舊事物消失，也不斷有新事物產(chǎn)生。那么，舊事物到哪里去了？新事物從何而來？

宇宙過去的時間是無限的，過去的一切事物先后都已消失，舊事物留在過去了沒有？沒有。過去已經(jīng)沒有物質(zhì)了，已經(jīng)成了0。那么，舊事物究竟哪里去了呢？

舊事物變?yōu)槠渌问搅粼诹怂木S空時內(nèi)。因為四維空時的外層被新事物所占，所以，原舊事物的物質(zhì)主要是留在了四維空時的內(nèi)層。

宇宙未來的時間也是無限的，未來將先后出現(xiàn)無限多的事物。但是，未來只是物質(zhì)未來的存在形式，現(xiàn)在那里還沒有物質(zhì)。在沒有物質(zhì)的地方，能產(chǎn)生新事物嗎？不可能。

新事物究竟從哪里來呢？只能來自四維空時中現(xiàn)有的物質(zhì)本身。四維空時的外層的事物還在，因而新事物主要是來自四維空時的內(nèi)層。

當(dāng)然，舊事物要轉(zhuǎn)化為新事物，這里要思考的是，當(dāng)舊事物轉(zhuǎn)化為新事物的一瞬間，二者是同時同地存在的。在二者轉(zhuǎn)化的這一瞬間，新事物從何而來，舊事物到何處去？

新事物不是來自沒有物質(zhì)的未來，舊事物也沒有留在沒有物質(zhì)的過去，四維空時的內(nèi)層才是舊事物的歸宿，才是新事物的出生地。

現(xiàn)在的物質(zhì)就是物質(zhì)的全部，現(xiàn)在的宇宙就是宇宙的全部。那么宇宙的過去與未來在哪里呢？

因為過去的原舊事物回到了四維空時的時間一維內(nèi)，而未來的新事物要從四維空時的時間一維內(nèi)產(chǎn)生，所以，從這個意義上講，宇宙的過去與未來是在四維空時的時間一維之內(nèi)。

時間一維的外層就是“現(xiàn)在”，其內(nèi)層是舊事物的歸宿及新事物的出生地。從這個意義上講，時間一維的內(nèi)層是“過去”與“未來”的藏身之地。

宇宙是不是不斷地向未來前進(jìn)呢？誠然，從以秒、分、小時來計算的時間來說，是這樣的。但從以厘米、米來計算的時間來說，宇宙的位置基本不動，只是作旋轉(zhuǎn)運動。事物的發(fā)展過程是：新事物產(chǎn)生后，它逐步變?yōu)榕f事物，最終成為過去，這是向著過去的方向走；而在四維空時的內(nèi)部，原舊事物的物質(zhì)卻是向著未來的方向轉(zhuǎn)化的。這正是宇宙中的星體都作旋轉(zhuǎn)運動的原因。

當(dāng)舊事物正在變?yōu)樾率挛飼r，新舊兩事物是在同時同地共處在一起，那么二者是怎么共處的呢？古典物理學(xué)認(rèn)為三維空間是絕對的，在同時同地不能存在兩個事物。只有在四維空時里，時間一維有一定的量，可以分前后，新舊兩事物才可以在同時同地分前后共處在一起。前面的是外層，是臺前；后面的是內(nèi)層，是幕后。電子等高速運動的事物不會在同時同地共處在一起，它們變?yōu)樾率挛锏姆绞揭膊煌?/p>

宇宙總的發(fā)展過程不是由沒有物質(zhì)的未來轉(zhuǎn)化為現(xiàn)在，再由現(xiàn)在轉(zhuǎn)化為沒有物質(zhì)的過去。新舊事物交替的過程是：舊事物消失，進(jìn)入時間一維的內(nèi)層；在內(nèi)層，過去原舊事物的物質(zhì)向著未來的新事物轉(zhuǎn)化；新事物進(jìn)入時間一維的外層，經(jīng)現(xiàn)在再成為舊事物。

2 兩種不同的時間

四維空時的時間與人們平時所說的時間是不同的。

宇宙是四維的，四維空時是不可分割的，這與三維空間不可分割一樣。離開了三維的體，二維的面不可能單獨存在，離開了二維的面一維的線也不可能單獨存在。同樣，離開了四維空時，或者說離開了時間一維，三維的體也不能單獨存在。

這里所說的時間并不是僅僅以秒、分、小時來計算的時間，而是以厘米、米等來計算的時間。這樣的時間與長、寬、高完全一樣，都是物質(zhì)的，其量是物理量。長、寬、高是物質(zhì)的，其量是物理量；同樣，時間也是物質(zhì)的，其量也是物理量。

假如沒有以厘米等來計算的時間，僅僅有以秒、分、小時來計算的時間，那么，一秒物質(zhì)是多少？一秒時間能與一立方厘米的物質(zhì)統(tǒng)一成為四維空時嗎？一立方厘米的物質(zhì)是看得見摸得到的，其量是物理量。而一秒時間是看不見、摸不到的。這種看不見摸不到的量是物理量嗎？

秒、分、小時等只是物質(zhì)運動發(fā)展持續(xù)時間的量度，并不是物質(zhì)本身多少的量度。只有以厘米等來計算的時間才能與以立方厘米等來計算的三維空間統(tǒng)一成四維空時。

在四維空時里，空間三維是主要的。新舊兩事物在同時同地共處在一起，這就決定了宇宙必定有時間一維，必定是四維空時。

還應(yīng)指出，四維空時是可以認(rèn)識的。人們感覺到的宇宙實際上是四維的，這也包括了時間一維，但是人們感到宇宙似乎是三維的。為什么呢？其原因是：一，時間一維極短；二，時間一維內(nèi)部的物質(zhì)是彎曲的，且大多物體運動的速度極快。

時間一維極短，它包括無窮小及接近無窮小。時間一維雖然極短，但不能僅僅是無窮小，因為無窮小是不能單獨存在的。人們認(rèn)識無窮小與認(rèn)識無窮大類似。人們對無窮大的認(rèn)識只能通過有窮或者說有窮大來認(rèn)識；反過來說，人們對無窮小的認(rèn)識只能通過有窮或者說有窮小來認(rèn)識。

因為時間一維極短，要認(rèn)識它需要借助儀器。這就像人們認(rèn)識細(xì)菌一樣，需要借助儀器來認(rèn)識它。

3 四維是相互垂直的

三維空間分為相互垂直的長、寬、高三維，時間一維與這三維方向都不同，與長、寬、高都相互垂直?？臻g三維的長度都是無限長，而時間一維的長度卻只是無窮小與接近無窮小。

任何事物及其運動都處在四維空時之中。但地球上的物質(zhì)的彎曲度微不足道，大多數(shù)運動是低速運動，低速運動的事物在時間一維內(nèi)部所走的距離也是微不足道的。而當(dāng)事物的運動成為高速運動時，它就會明顯地由在三維空間中運動轉(zhuǎn)而深入到四維空時內(nèi)部運動。這里所說的高速運動是指光速及與光速相當(dāng)?shù)乃俣?。因為四維是相互垂直的，所以，當(dāng)事物由在三維空間中運動轉(zhuǎn)而進(jìn)入到四維空時內(nèi)部運動時，其運動軌跡變得彎曲了。由于時空彎曲，光也會偏離原來的方向。

為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象呢？

在四維宇宙中，四維都相互垂直。當(dāng)某物體作直線運動時，空間三維本身也在沿時間一維的方向前進(jìn)，即沿著與此物體所作的直線運動垂直的方向運動，因而必然發(fā)生彎曲。

比如說，在一條東西向的筆直的公路上，一輛汽車由東向西直線前進(jìn)，它不左也不右，本應(yīng)該說它的行進(jìn)軌跡是不彎曲的，但是因為道路是由低向高逐步升起的，所以該汽車的行進(jìn)軌跡還是彎曲的。

進(jìn)一步說，某物體在三維空間里作直線運動，它不左也不右，不上也不下，本應(yīng)該說它的運動軌跡是不彎曲的，但其運動要隨著時間的前進(jìn)而前進(jìn)，而這一運動方向與在三維空間里所作的直線運動的方向是垂直的，所以其軌跡必然彎曲。

既然道路本身在朝著與自身垂直的方向移動，物體在此道路上所作的直線運動豈能不彎曲。

雖然四維相互垂直，但并不是說從某一維引向另一維的任何直線都與對方呈九十度。譬如，在平面幾何的長方形中，從寬上的一點引向長的線段，可以引無數(shù)條，它們與長所形成的角不可能是相同的。由于物體運動方向不同，所以有些物體運動的軌跡其彎曲度可能更大，有可能大到使光線也不能從恒星逃離。

物質(zhì)的運動方向也就是時間前進(jìn)的方向。物體之所以沿著短程線作曲線運動，是因為它只能在有物質(zhì)的地方運動，只能隨著物質(zhì)的運動而運動，也可以說只能隨著時間前進(jìn)的方向前進(jìn)。

物體不可能到?jīng)]有物質(zhì)的地方去運動。時間不斷前進(jìn)，過去的時間已經(jīng)不存在了，已經(jīng)沒有物質(zhì)了，運動的物體已經(jīng)不能在原來時間的物質(zhì)里運動了，它只能在現(xiàn)在的物質(zhì)里運動。這是唯一有物質(zhì)的道路。

等效原理認(rèn)為重力場與以適當(dāng)加速度運動的參考系是等價的。物質(zhì)及物質(zhì)的運動決定宇宙的一切。從總體上說，是物質(zhì)的運動決定引力。

時間的前進(jìn)并不僅僅是一秒一秒地增加，同時物質(zhì)的位置也不斷旋轉(zhuǎn)前進(jìn)。物質(zhì)沿著由未來向現(xiàn)在，再向過去的方向前進(jìn)，然后過去的原舊事物的物質(zhì)再向未來的方向轉(zhuǎn)化。一切物體都要隨物質(zhì)整體的旋轉(zhuǎn)前進(jìn)而旋轉(zhuǎn)前進(jìn)。物質(zhì)在時間一維里的運動是引力的總根源。

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