劉泰祥

現(xiàn)代物理學認為，空間和時間不僅跟物質不可分，而且空間和時間是密切聯(lián)系在一起的時空。直到今天，人們對時間和空間本性的認識，還處在初級探索階段。

1. 時間的本性

對于時間的本性，當前科學界尚未形成一致的觀點。在對某個特定現(xiàn)象的觀察過程中，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量所觀察現(xiàn)象的一種標尺。用這個標尺測量現(xiàn)象得到一個數(shù)值，這個數(shù)值的物理意義我們稱作時間。可見，時間是從周期運動導出的概念。

物體的運動是在空間中的運動，沒有空間就沒有運動，而時間又是從運動導出的，因此時間是從空間派生出的概念。換言之，時間是空間的一種性質。

如同質量是從萬有引力導出的概念、電荷（電量）是從庫侖力導出的概念一樣，時間是從運動導出的概念。 時間、質量、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。

正如對于一個有質量的物體，我們不能說成物體與質量是一種并列關系，而應理解為質量是物體的一種性質；對于具有時間的空間，我們也不能說成空間和時間是并列關系，而應理解為時間是空間的一種性質。

2. 空間的本性

愛因斯坦認為，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物存在的形式，沒有實物之間的共存關系，就不會形成位置、形狀、廣延等空間概念。

然而量子場論認為，量子場是物質存在的基本形式，量子場系統(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，一切物理測量都相對于這一背景進行。可見，在量子場論中空間是充滿物質的。

筆者認為，空間是對流體態(tài)物質（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虛空是不存在的。空間具有能量屬性（場）及與物體的依存性，因此用系統(tǒng)相對論的空間觀可以將愛因斯坦相對論和量子場論的空間觀統(tǒng)一起來。

3. 對四維時空的判定

我們知道，物質具有體積性質，沒有體積的物質是不存在的，體積性質表現(xiàn)在空間上就是空間具有三個維度。在三維空間系下，我們看到的宇宙是動態(tài)的，存在各種物體與天體的運動和演化過程。

既然時間是空間的一種性質，那么時間維度就不能作為獨立于三維空間之外的另一維空間。觀察者離不開時間，即觀察者無法獨立于四維時空系之外觀察一個物體的狀態(tài)。因此，對于一個觀察者來講，四維時空是不存在的。換言之，四維時空只是一種思維的產(chǎn)物，它沒有任何物理意義。

4. 對額外維空間的判定

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)驗空間維度和一維的時間維度外，其余的維度都是蜷縮在內空間中。

在包括M理論在內的弦論各版本中，內空間是為解決當時所面臨的問題而特設的，空間維度的多少在于我們的選擇。既然四維時空都不存在，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《新科學家》祝賀英國皇家學會會員、數(shù)學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維時空減為較易對付的4維?！蓖贄?1維用4維時空，無疑是向正確的物理學道路靠近了一大步，但這還只是回歸到愛因斯坦的4維時空，距離正確的道路還有一步之遙。

總之，空間有且只有三維，時間是空間的一種性質。

參考文獻：

[1] 愛因斯坦，許良英，趙中立，張宣三.愛因斯坦文集[M]，1卷.許良英，范岱年，譯.北京：商務印書館，1976：560， 204.

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責編/龐貝