物質時空觀

一、經典時空觀

經典時空觀是絕對時空觀，以牛頓的絕對時空為代表。經典時空觀，符合人們的習慣，和常人實際生活非常和諧，也是人們很容易接受的觀點。

絕對時空觀認為時間、空間和物質是三個完全獨立的概念，同時認為時間和空間都具有絕對性。物質包括實物和場，實物是由實物粒子構成的、具有質量的，集中在某一確定空間的物質；場是充滿全部空間，看不見摸不著的物質，它或源于實物，或由微物質（不包括實物）直接產生。

時間和空間是獨立于物質之外的客觀存在概念，且二者是各自獨立的。時間的流逝是均勻的、自然的，不受任何影響；空間的存在是自然的、客觀的，也不受空間之外的其他影響。絕對時空觀同時認為，時間和空間的度量與參照系的運動狀態無關，同一物體在不同慣性參照系中，觀察到的運動學結果具有等同性。

二、相對論時空觀

經典理論的時空觀是絕對的時空觀念，時間和空間是獨立存在的，它們也不會和物質發生關系。在經典理論中，絕對時空沒有發現什么問題；但隨著人類認識的不斷深化，特別是在物體運動速度接近光速時，絕對時空觀就出現了不洽性。因此愛因斯坦等人就提出了相對的時空概念；特別是狹義相對論，它的整個框架都建立在時空的相對性上，而只有光速是絕對的。

愛因斯坦的狹義相對論基于兩個假設：其一，相對性原理，此原理是指物理學的基本定律乃至自然規律，對所有慣性參考系來說具有不變的形式。其二，光速不變原理，指光在自由空間中的傳播速度是一常數，用字母C表示。C的大小既與慣性參考系的運動無關，又與光源的運動無關。

廣義相對論更是說明，時間和空間和質量的分布有關。一方面，質量彎曲空間。即在大質量附近，離質量越近，空間越彎曲；相同距離的區域，質量越大，空間越彎曲。另一方面，質量延緩時間。即離大質量越近的區域，時間流逝的越慢；相同距離的區域，質量越大，時間流逝的越慢。

相對論的核心思想是相對性(包括時空的相對性)。在相對論框架下，有五個基本的相對論效應，即時間的相對性、空間的相對性、質量的可變性、運動的相對性和時空扭曲現象。除此之外，還有一個極限限制，即光速是一切物體運動的極限。也就是說，任何有靜止質量的物質，其運動速度不能達到或超越光速。

相對時空觀認為空間和時間具有相對性。在愛因斯坦相對論中，提出了相對時空觀，并認為時間、空間與物質是相互關聯的；不僅物質的運動對時間和空間有一定的影響，而且三維空間與一維時間，共同構成了四維時空。

相對論的一個重要依據是同時性具有相對性，即在一個慣性系中同時發生的兩件事，在另一慣性系中看來可能不是同時發生。相對論中，同時性的相對性產生于測量，因為相對論的測量工具是光，所以同時性的相對性源于測量工具光。

相對論認為時空具有相對性。狹義相對論認為，時間和空間與物體的運動有關系，隨著物體的運動，時間會膨脹，在物體運動方向上空間會收縮，就連同時性也隨著參考系的不同而不同。廣義相對論認為，時間和空間與質量（或引力場）的分布有關，其大質量附近，時空越扭曲。

時間、空間和物質，是有相互關聯的三位一體。如果把物質比作一枚硬幣，那么時間和空間就好比是硬幣的兩面。時間和長度隨物體運動變化的關系如下：T=t/√(1-v2/c2)，L=l√(1-v2/c2)。其中t和l是物體相對參考系，靜止時的時間和長度；L是物體相對參考系運動，在運動方向上的長度。

牛頓力學是經典理論的基石，然它是相對論的一種近似理論。絕對時空觀是相對論時空觀，在宏觀低速的一種很好的近似。牛頓理論是物體運動速度v，遠遠小于光速C時的一種低速運動規律；當物體的運動速度趨向于光速C時，牛頓理論就變得越來越不準確了。

愛因斯坦相對論，是近現代物理的一大支柱，它的理論思想和相對性，特別是時空相對性，極大地修正了牛頓經典力學。但是它也不是一種全能的完美理論，也不是一個終極理論；它也是一種精度較高的近似理論，是系統或物質運動速度v＜C時的一種客觀規律理論。

當一個系統或一個物質的運動速度v＝C或v＞C時，此理論就出現了不和諧性。比如，時間的停止、時間的倒流、奇點時空、質量相對性問題等等等等。因此在超光速世界里，相對論理論需要修正，或將用更加完美的理論代替。

故而，牛頓理論是超低速的理論，愛因斯坦相對論是低光速的理論。我們現在只能說，愛因斯坦相對論，是一個精度較高的理論；而牛頓經典理論，是一個精度很好的理論。

三、四維時空不變性

相對論的時間和空間是相對的，就連同時性也具有相對性。兩個事件的發生，對某一參考系是同時發生，但對另一參考系并非同時發生；這兩個事件發生的時間間隔或空間間隔，在不同的參考系看來也不一定是一樣的。即同時性、時間間隔和空間間隔，都與參考系和運動有關聯。

盡管如此，但是有一個量是不變的，即四維時空不變性。用一個等式表達如下：△x2＋△y2＋△z2－C△t2＝k2(k為常數)，其中k稱為兩個事件的四維時空間隔，簡稱間隔。k是兩個事件發生的時間間隔和空間間隔的融合體，對兩個固定事件的發生，k是一個常數，它不會因為參考系的不同而改變，也不會因為物體的運動而有所不同。但是對于不固定的兩個事件，常數k代表的往往是不同的數值。

四、時空的奇特性

簡單說一說時空的兩個奇特，其實也算不上奇特。

第一，時空的連續性

1.時間具有連續性，這是因為物質的運動具有連續性。

2.空間具有不連續性，即空間是碎片化的。當然碎片化的空間可以連成一片。碎片化源于物質量子化；連成一片是因為，物質空間的合效應。

第二，時空的穩定性

這里的穩定性不涉及相對性，它指的是時空能不能消失。

1.時間具有穩定性，因為物質的運動是永恒的，只是運動的不同而已；然運動的不同，導致時間的相對性，而不能讓時間消失。

2.空間具有不穩定性，即空間可以消失。空間由物質產生，此處有物質，就有空間；此處物質一走了之，空間隨即消失。用一個不恰當的比喻來說，空間就是物質的一個影子；實則空間就是物質本身。

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來源: 能子源