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伍岳明 曹明富合著 谨以此书献给2005——世界物理年! 在所有物理学的基本概念中 ,时间的概念是最基本和必不可少的,首先因为时间是人类文明发展过程中最早能够加以定量描述的概念 ,是一个公认统一标准的可测物理量 。任何规律性的自然现象都可以用来测量时间 。其次是普遍适用而又统一的时间概念是整个经典物理学的出发点 ,时间和空间被看作是各种事物和物理规律的舞台 。由此,人们在探索自然奥秘时 ,往往涉及到对时间和空间的认识(即时空观)。 事实上,物理学的许多重大变革往往与时空观的变革有关 。时空观是物理学的一个基本问题,在物理学的发展过程中,时空观的变革凝聚着一代又一代学者的智慧和汗水 。从时间的轮回观到时间的单向观;从时间的分立观到时间的连续观;从牛顿的绝对时空观到爱因斯坦的相对论时空观;时间和空间逐步被剥去神化和宗教的外衣 ,逐步清晰地展现在人们的面前,使人们对时间和空间有一个更科学的认识 ,并促成了物理学的变革。 当前,人类已进入21世纪,我们也应该看到 ,要真正弄清时间概念,还有很多问题需要解决 。如:①时间有没有起点? ②时间是有限还是无限?③关于时间的方向性问题?目前在物理学中,时间概念也存在矛盾;哲学上的时间概念和物理学的时间概念也存在矛盾 。如何解决这些矛盾?新的时间概念和新的时空观是什么 ?物理学和哲学如何统一时间观念?笔者受东方太极文化之启发,提出的共旋假说,认为共旋力公式是人们苦苦求索的统一场论力的公式,认为自然界只有一种力,笔者称之为共旋力,其他力仅只是这种力的不同表现形式。从公式中说明时间有起点和终点;时间是有限的;时间是有方向的。笔者才疏学浅,加入到关于时间本质的讨论行列,实属班门弄斧。祈望专家学者不吝指正。
由于时空观是物理学的一个基本问题,关于引力的本质是什么
?引力常数G是怎么来的,它的物理内涵是什么?这些均属时空观方面的物理学问题。这也是现代科学应该回答这个问题。
20世纪30年代,物理学家狄拉克却提出G是可变的。以后有许多学者从理论上和实验中预测G的变化值
,但其数值甚小,且各不尽相同,这些都说明G在极缓慢地变化着
根据由实验总结出的牛顿引力定律,单位质点在引力场中受力为:
∴ ∴ (7.7)式中含时间
太阳引力波以光速向时空传播,使周围质点产生
图(7.1)太阳的引力函数
得到图(7.1)太阳的引力函数等值线图,图中清楚显示太阳的引力函数
笔者认为:“共旋引力波”假说认为的各星球发出不同的引力波,物体之间相互作用力的传递是通过引力波实现的。是真正认识“引力的物理本质”。各行星在椭圆形轨道上绕太阳运转,是太阳从自转轴心不间断的始发出引力波,并以光速向时空传播。显然:时空并未弯曲,时空无须弯曲。行星的椭圆轨道运动是行星受太阳星球的引力波作用,按引力时空函数
引力函数 1905年 ,爱因斯坦提出了相对论,认为时间是相对的 ,空间也是相对的,时间、空间和物质运动速度三者是相互联系和相互影响的 ,建立在绝对时空概念下的牛顿运动定律仅是相对论力学的近似处理。20世纪 60年代以来 ,黑洞的奇异特性引起了越来越多的物理学家的注意 ,特别是90年代后期,黑洞的研究成为物理学的一个热点 ,这是因为,黑洞的性质涉及到物理学的基本规律、基本理论和时空属性 。广义相对论告诉我们 ,球对称黑洞的内部有一个奇点,转动黑洞的内部有一奇环 。现代宇宙学还告诉我们 ,膨胀的宇宙起源于大爆炸的初始奇点,脉动的宇宙则不仅起源于大爆炸的初始奇点 ,而且最后要收缩于另一个大挤压的终结奇点 。这些奇点和奇环的存在,反映了时空的内在性质 ,是时空的本性奇点或奇环 。英国物理学家彭罗斯(R。 Penrose)和霍金(S。W。 Hawking)提出了著名的“奇点定理”,这个定理指出 ,只要广义相对论正确,因果性成立,那么任何有物质的时空至少有一个奇点存在 。而且更重要的是,彭罗斯和霍金在提出并证明“奇点定理”的过程中,对奇点概念进行了重新认识 ,提出了极其重要的新思想:奇点应该看作时间的开始或终结 。宇宙起源于大爆炸 ,大爆炸理论已被许多事实证明是正确的。在大爆炸开始时,时空是一个奇点 ,这就意味着时间的无限弯曲。所以时间(还有空间 )的实际概念不能外推到大爆炸之前,也就是说 ,大爆炸是一切——空间、时间、物质和能量的最初开端。如果要问大爆炸以前发生了什么,这显然是没有意义的。时间开始于宇宙的大爆炸 ,不存在以前。时间还终结于奇点,在黑洞的内部有一个时间的终点 ,即黑洞的奇点。总之,现代物理学认为时间是有限的 ,不是无穷无尽的,黑洞的内部有一个时间的终点 ,膨胀宇宙的时间有一个起点。这也反映了现代物理学的一个困难,目前的理论还不能描述宇宙大爆炸时和大爆炸以前的情况 ;同时对物质进入奇点以后的情况,现代物理学也不能给出解释。 共旋假说对时间本质是这样理解这样探索的,本书第二章中对自旋的星球系统(如地球)作过具体定量描述:图
2.3 中质点
(7.9)式中
现将
从 (7.10)式 可得出以下几点结论:
1、宇宙系统中的质心
2、按理论计算,宇宙的奇点(奇环)是膨胀的宇宙起源于大爆炸的初始奇点,时空是一个奇点 ,这就意味着时间的无限弯曲,就是说大爆炸是一切——空间、时间、物质和能量的最初开端,时间开始于我们的宇宙大爆炸 ,最后时间又终结于奇点。说明我们的宇宙时间是有限的,有开始也有终结,这显然与热力学第三定律表明的时间是无穷无尽的 ,既没有开始又没有结束的时间概念相冲突。与哲学上辩证唯物主义认为的时间是永恒的,无始无终的时间概念相矛盾。笔者相信,物理学和哲学也会随着科学技术的发展与时俱进的。 3、关于时间的方向性问题?共旋假说认为时间是一个系统中最重要的元素,而且对一个系统来说是唯一的。系统是时间的唯一依托,一个系统只对应一个时间。热力学的时间之箭与生命进化时间之箭是不可逆的。共旋假说认为热力学的系统时间与生命进化系统时间都包含在我们的宇宙系统时间之中。而宇宙系统时间是可逆的。
4、式中的
M是不变的,说明宇宙的总能量是守衡的,大爆炸是一切——空间、时间、物质和能量的最初开端,
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