时间、空间、能量是宇宙的本质吗?

时间、空间、能量是宇宙的本质吗?
时间、空间、能量是宇宙的本质吗?

时间、空间、能量是宇宙的本质吗?
量子论是现代物理学的两大基石之一.量子论给我们提供了新的关于自然界的表述方法和思考方法.量子论揭示了微观物质世界的基本规律,为原子物理学、固体物理学、核物理学和粒子物理学奠定了理论基础.它能很好地解释原子结构、原子光谱的规律性、化学元素的性质、光的吸收与辐射等. 现代物理学的另一个基础是相对论,相对论的基本假设是相对性原理,即物理定律与参照系的选择无关.狭义相对论和广义相对论的区别是,前者讨论的是匀速直线运动的参照系（惯性参照系）之间的物理定律,后者则推广到具有加速度的参照系中（非惯性系）,并在等效原理的假设下,广泛应用于引力场中.相对论颠覆了人类对宇宙和自然的“常识性”观念,提出了“时间和空间的相对性”、“四维时空”、“弯曲空间”等全新的概念. 我们知道经典物理学基础的经典力学,不适用于高速运动的物体和微观领域.相对论解决了高速运动问题；量子力学解决了微观亚原子条件下的问题.所以我们就不难确定它们各自的适用范围：量子力学适用于微观亚原子,相对论适用于高速运动的物体,它们之间的空隙我们只有使用宏观物体低速运动时的近似定律——经典力学来弥补.既然我们要统一这两个理论,那么我们就必须分析它们局限性的来源. 上世纪建立的量子力学,是以量子的不确定性与薛定谔方程等为基础建立起来的理论,量子理论的基本前提是“存在量子”,并以量子的不确定性为基础通过方程来描述物理体系的运动.量子理论的“不确定性”决定了它的两个尺度极限：一个是宏观极限,例如,当我们测量某物体的位置和速度时,这两个量都能得到我们认为足够精确的数值（如单细胞生物的移动速度）,那么此时量子理论失效,更宏观情况下如天体物理等,量子力学完全不能被利用（所谓的量子引力论只是目前的科学展望,并没有进展的可能性）；另一个是微观极限,例如,我们探讨量子的波粒二象性的统一模型时,量子力学同样失效.即便它以“不确定性”和“薛定谔”方程等这些随时可变的条件和随时变形的方程为基础,似乎能对一些物理现象做出大概的描述（计算出某事件发生的概率）,但是它的解释总显得苍白无力：难道每个物理体系在相互作用以前都已经计算好自己的运行路线了吗?其实量子力学理论是在用“万变”来解释“万物”,所以才会有人误认为“量子力学是世界上最完美的理论”. 爱因斯坦相对论以两个基本假设为前提：光速不变原理和相对性原理,并以“时空”扭曲来解释引力现象.相对论的局限性却恰恰产生于他的纠缠在一起的时间与空间——时空,因为如果用不平坦的时空来解释物理体系运动的话,就必须存在不平坦的时空,并且时间与空间都是常量,当时间和空间任一量为无穷小或无穷大时,时空理论就会失效,所以相对论就不能避免这样的问题：在某些天体的超强引力情况下,“相对论”的“时空”扭曲为“奇点”,这种超强引力场成了相对论的“盲区”,于是相对论就无法避免出现“黑洞”这种神奇的天体.“黑洞”只是相对论在极端情况下的错误结论,其实它并不存在,出现这种情况的本质原因是,在这种超强引力场下,时间几乎停止,时空变化趋近于无穷小（为容易理解我们可以把空间随时间变化比作一条曲折的线,此时我们只截取了趋近于无穷小的一段,这一段时空几乎是不弯曲的）,时空扭曲不明显,相对论的弯曲时空理论失效；在微观亚原子情况下,物质的引力很弱,从而被忽略,量子力学接管了这片领域,相对论在这里无用武之地.原因是,在这种微观情况下,空间距离很短,时空变化趋近于无穷小（同上）,时空扭曲不明显,相对论的弯曲时空理论同样失效. 通过以上分析我们可以知道,量子理论的局限性产生于它对量子的本质认识不够清晰,而只能以“不确定性”为前提,并通过方程来硬套一些物理现象,使量子论的使用范围受到限制；相对论的局限性产生于它对自己基本假设的成立原因认识不够清晰,而只能用“时空”来解释一些物理现象,从而使适用范围大打折扣.所以如果我们统一了量子本质与相对论基本假设的成立条件,或许就可以突破它们各自的局限. 量子的不确定性与光速不变原理及相对性原理的内在联系 在微观领域中,某些物理量的变化是以最小的单位跳跃式进行的,而不是连续的,这个最小的单位叫做量子.光速不变原理：在狭义相对论中,指的是无论在何种惯性系（惯性参照系）中观察,光在真空中的传播速度都是一个常数,不随光源和观察者所在参考系的相对运动而改变.这个数值是299,792,458 米/秒.光速不变原理是爱因斯坦创立狭义相对论的基本出发点之一,但是爱因斯坦却没有给出光速不变的本质原因.光速不变原理其实是由联立求解麦克斯韦方程组得到的,后来虽为迈克尔逊—莫雷实验所证实,但也并不能代表光本身确是如此,因为光速是在人类文明的局限下测量得到的.在广义相对论中,由于所谓惯性参照系不再存在,爱因斯坦只有引入广义相对性原理：即物理定律的形式在一切参考系都是不变的.这也使得光速不变原理可以应用到所有参考系中,其实爱因斯坦也并不知道广义相对性原理的本质. 要想弄清这些基本原理的内在联系,我们就必须需找一个合理的突破口,而这个突破口就是“量子”.量子里面我们最常见的就是光量子,但我们却总也认不清光量子的本质,只能以波粒二象性来描述光量子.但是要认识量子的不确定性与光速不变原理的内在联系,我们就必须清晰认识光量子的本质. 我们通过光的直线传播、折射、反射初步认识了光,但是只通过这些很难得到光的本质,于是就又设计了各种实验,这些实验最有影响力的就是双缝干涉实验和光电效应实验,但是,通过这些我们也只是得到了“波粒二象性”的不确定结论,并无实质性的进展.我们何不跳出研究光本身,而从另外一个角度来研究光呢?就像古诗里描述的“不识庐山真面目,只缘身在此山中”,我们太注重光本身,而忽略了它所存在的环境. 光产生于物质,却在物质和真空中都能传播.例如光在玻璃中传播,光在玻璃中传播的过程中并测量不到物质粒子的运动,而只有一系列的电场及磁场的变动,这些变动从何而来?既然不是物质变动引起的,只能是暗物质变动引起的（这个结论虽看似有些唐突,但是,这个结论的得来确是让我思索了很久,暗物质是一类我们还未发现的物质,将在下篇文章《暗物质与物质所构成的宇宙》中解释）!再看光在真空中也能传播,真空中并不存在物质,光靠什么传播?既然没有物质,只能是依靠暗物质!因为谁都知道,“场”不会凭空产生和消失.在宇宙学中,暗物质是指那些不发射任何光及电磁辐射的物质.但是这里所指的暗物质不同于宇宙学中的暗物质,这里的暗物质是辐射的传播载体,因为暗物质本身就传播辐射的载体,所以不可能发射辐射,光的传播过程其实就是暗物质的波动传导过程,而暗物质充满整个宇宙,所以光能在整个宇宙传播.一句话：光就是暗物质的波动.光如果是暗物质的波动,就可以合理解释光的波动性,但是怎么理解光的粒子性呢?上文提到的光电效应实验是光的粒子性的强有力依据,光电效应实验是光吸收实验,光吸收是暗物质波动与物质相互作用的过程,暗物质波动能量其实不存在最小的量子,而是在波动能量被物质吸收时,得到能量的物质存在最小量子,所以我们才认为光也存在量子.这就像水波拍打沙滩,所激起的沙子是一份一份的,而并非水波是一份一份的.这就是为什么我们会认为光具有波粒二象性的本质原因,其实光只是暗物质“波”,而并非粒子,只是吸收它的物质存在最小微粒,才会使光表现为“粒子”. 如果光就是暗物质的波动,那么就可以以此更深入的研究光的传播.光传播速度就是暗物质波动传播速度,暗物质波动传播速度依赖于暗物质能量传导速度,暗物质能量传导速度依赖于暗物质碰撞频率,暗物质碰撞频率依赖与暗物质粒子振动速度（暗物质平均振动速度就是暗物质的温度）,所以光的传播速率正比于暗物质的振动速率. 我们既然讨论光速,必定少不了运用用以测量光速的时间,因为没有时间,速度就无法被测量.相对论的相对性原理使得光速不变原理应用于所有参考系,但爱因斯坦思索一生都没有找到它们的内在联系.我们知道暗物质能产生场,物质也能产生场,并且场与场能相互作用,所以,暗物质的运动能影响物质,物质也能影响暗物质运动.我们用仪器（物质）测量光（暗物质的运动）,我们的测量仪器（物质）就会影响了光（暗物质的波动）,于是我们就得到了测不准原理,就是量子力学不确定性的根源.我们所有时间测量仪器都依赖于物质运动,是以物质粒子运动量计时的（铯原子钟）,而物质粒子运动量依赖于物质粒子运动速度（铯原子内电子的运动速度）,物质粒子的动速度会受到暗物质粒子运动速度影响,而暗物质充满整个宇宙,所以物质粒子的运动速度就会随它附近暗物质粒子的运动速度变化而变化,就是说物质粒子运动速度正比于它附近暗物质粒子振动速度,所以时钟的计时速率正比于它附近暗物质粒子运动速度,就是时钟计时速率正比于暗物质振动速率.前面我们得出光传播速率正比于暗物质振动速率,所以,时间变化与光速率变化永远成正比,所以我们测量到的光速不变,并不是光速率本身不变!而只是测量值不变而已.既然我们认识到这些原理都与暗物质的运动有关,那么暗物质的运动速度是怎么改变的呢? 我们知道引力场附近时间变慢的事实,就不难发现暗物质的变化规律：离引力场越近暗物质振动越慢.星球是大量物质的结合体,星球附近就会有一个巨大的物质场（不是引力场）,在这些物质场中的暗物质粒子振动受到物质场影响而速度变慢（具体作用方式详见《暗物质与物质所构成的宇宙》）,并且离星球越近影响越严重,暗物质粒子运动越慢,在暗物质中的时钟就越慢,光传播速率也越慢,但是我们测量到的光速值却不变.这就是光速不变原理与时间相对性原理的内在联系.这样也就不难理解引力,引力也同样源于暗物质粒子振动速度的有规律变化,在星球附近暗物质离星球越近运动越慢,所以星球附近的物体的远近两侧,就会受到不同强度的暗物质干扰,离星球远的一侧受到干扰强,离星球进的一侧干扰弱,于是就会使物体两侧受到大小不同的力,而产生运动趋势,这个运动趋势就是引力加速度,而物质受到的暗物质的扰动差就是引力.所以引力并非物质间的吸引力,而更像暗物质的斥力. 由此我们便通过微观分析而找到了量子的不确定性与光速不变原理及时间相对性原理的内在联系：量子的不确定性与光速不变原理及相对性原理都与暗物质波动有关.希望由此能统一描述量子理论与相对论所分别适用的领域. 由大爆炸理论及哈勃太空望远镜的观测,我们知道宇宙处于第二次膨胀阶段,结合我们从微观上得到的现代物理学基本原理的内在联系,可以对宇宙进行一次整体的描述. 宇宙全貌 这次大爆炸源于“物质”,在宇宙刚爆炸的初期,物质发生剧烈碰撞,并在碰撞的瞬间转变为我们看不见也摸不着的“暗”物质,这样就完成了能量的转换,同时合理利用了空间,一定程度上减缓了宇宙膨胀.随着物质逐渐转变为暗物质,物质越来越稀薄,暗物质越来越稠密,剩余的稀薄物质逐渐冷却减速.因为这一阶段宇宙的膨胀速度主要取决于物质的扩散速度,所以宇宙的膨胀速度逐渐变慢.我把这一阶段总结为“暗物质生成阶段”.暗物质生成阶段生成的暗物质不断积累,暗物质与暗物质之间也不断碰撞并向外扩散,此时宇宙中心由物质生成的暗物质较为稠密,于是,暗物质开始从宇宙中心以波动的方式逐渐向外扩散,随着暗物质的波动传播到宇宙的边缘,宇宙膨胀又一次逐渐变快,随着宇宙的体积越来越大,暗物质将越来越稀薄并逐渐冷却,宇宙膨胀速度也将再次变慢.我把这一阶段总结为“暗物质膨胀阶段”.现在宇宙正处于暗物质膨胀初期阶段,宇宙正在再次加速膨胀.
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