四維科學(xué)

摘要宇宙是四維的，在四維空時中，時間一維上的長度是有限的，只是在“現(xiàn)在”有現(xiàn)實(shí)的物質(zhì)，過去的物質(zhì)已不存在，未來的物質(zhì)還沒有到來;而物質(zhì)在空間上則是無邊的。“現(xiàn)在”的一種量是以厘米來計算的，四維是相互垂直的。因為客觀世界是四維的，所以，四維科學(xué)必然產(chǎn)生。以四維宇宙為研究對象的科學(xué)是四維科學(xué)。四維科學(xué)包括四維幾何學(xué)、四維物理學(xué)等。

關(guān)鍵詞現(xiàn)在彎曲四維

中圖分類號:G3文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

宇宙是四維的，在四維空時中，時間一維上的長度是有限的，只是在“現(xiàn)在”有現(xiàn)實(shí)的物質(zhì)，過去的物質(zhì)已不存在，未來的物質(zhì)還沒有到來;而物質(zhì)在空間上則是無邊的。“現(xiàn)在”的一種量是以厘米來計算的，四維是相互垂直的。因為客觀世界是四維的，所以，四維科學(xué)必然產(chǎn)生。以四維宇宙為研究對象的科學(xué)是四維科學(xué)。四維科學(xué)包括四維幾何學(xué)、四維物理學(xué)等。

1空間與時間統(tǒng)一的關(guān)鍵

所謂空間，是物質(zhì)存在的廣延性，由長度、寬度和高度表現(xiàn)出來。而時間是物質(zhì)運(yùn)動、變化過程的持續(xù)性和順序性，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。當(dāng)然，隨著四維空時理論的發(fā)展，時空的概念也是要發(fā)展的。對過去與未來，人們都知道二者的量，過去的量是無限的，未來的量也是無限的。那么，在過去與未來之間的“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，沒有一定的量也就沒有質(zhì)。那么，我們就只能或者是生活在過去，或者是生活在未來。這可能嗎?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紙，它是由舊事物向新事物轉(zhuǎn)化的過程。空間與時間統(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\"的量也就是時間這一維的量。

我們說時間是物質(zhì)的存在形式，當(dāng)然包括過去與未來，但是，過去的時間只是物質(zhì)曾經(jīng)有過的存在形式，而未來的時間是未來物質(zhì)的存在形式。實(shí)際上，現(xiàn)實(shí)的物質(zhì)的存在形式只是現(xiàn)在。在四維空時中，時間一維上的長度是有限的，只是在“現(xiàn)在”有現(xiàn)實(shí)的物質(zhì)。

“現(xiàn)在\"若沒有一定的量，也就沒有時間這一維，空間與時間也就不能統(tǒng)一。而空間與時間若不能統(tǒng)一，那么物質(zhì)也就只能是三維的，實(shí)際上三維的物質(zhì)是不能單獨(dú)存在的。這就象二維的平面不能單獨(dú)存在一樣，平面是不能離開物體的。假如離開四維連續(xù)區(qū)，單獨(dú)的三維的物質(zhì)就不能發(fā)生質(zhì)變，因為質(zhì)變是一個連續(xù)的過程。如果單獨(dú)的三維的物質(zhì)發(fā)生質(zhì)變的話，那么，新的物質(zhì)從何而來?舊的物質(zhì)又到哪里去呢?

只有在四維連續(xù)區(qū)里，物質(zhì)才能發(fā)生質(zhì)變。或者說，正因為物質(zhì)有量變和質(zhì)變，所以才形成四維連續(xù)區(qū)。

“現(xiàn)在\"的量究竟有多少呢?物質(zhì)的分布和運(yùn)動決定時間和空間的幾何特性，也決定時間和空間的量。

時間的量是由運(yùn)動的物質(zhì)決定的，而物質(zhì)的發(fā)展變化是逐步進(jìn)行的，是從最小的單位開始的。時間中的小時的量是由分鐘的量累積成的，而分鐘的量是由秒鐘的量累積成的，依此類推，時間的最小的單位是無窮小。物質(zhì)的最小單位是無窮小，其發(fā)展變化也是從無窮小開始的。在無窮小的“現(xiàn)在\"之中，事物進(jìn)行量變或質(zhì)變。反過來說，無窮小的物質(zhì)其質(zhì)變或量變所持續(xù)的時間長度是一個無限短的量。

我們在日常生活中所說的現(xiàn)在，并不是僅僅指無限短的一瞬間。不同的事物，其“現(xiàn)在\"的量是不同的。較大的事物，其內(nèi)部量變或質(zhì)變所持續(xù)的時間較長，因而其“現(xiàn)在\"也較長。有的事物的“現(xiàn)在\"是一秒鐘，有的是一年，有的是一億年。那些“現(xiàn)在\"較長的事物，在其存在期間，又可分過去與現(xiàn)在。例如，一個人只要他活著，就可以說他“現(xiàn)在\"，但在他生存期間，又有他的過去與現(xiàn)在，一般的也有未來。

不同事物的量變或質(zhì)變的時間長度是不同的，“現(xiàn)在\"的長度差別很大。但對整個宇宙來說，“現(xiàn)在\"的時間長度是一個無窮小的量。其原因是:宇宙中有無窮小的物質(zhì)，它們的變化所用的時間其長度是一個無窮小的量，它們變了，整個宇宙就發(fā)生了部分質(zhì)變。就某一較大的事物來說，也是由較小的物質(zhì)組成的，也有無窮小的物質(zhì)。時間是物質(zhì)運(yùn)動、變化過程的持續(xù)性和順序性，即便是那些極短的時間也應(yīng)按先后順序排。

2時間一維的兩種量

若時間一維沒有一定的量，宇宙就只能是三維的。時間一維有一定的量，才能構(gòu)成四維空時。那么，時間的量用什么樣的計量單位去計量呢?通常人們是以秒、分、小時等為計量單位的來計量時間。但是，這類量不能直接用來計量四維空時中的時間。假如時間一維的“現(xiàn)在”是一秒，那么這一秒的物質(zhì)如何來與空間三維的物質(zhì)進(jìn)行換算呢?如果不能換算，那么四維空時如何統(tǒng)一呢?時間一維若沒有一定的長度，那怎能算是一維呢?

古典物理學(xué)中的時間與空間是各自獨(dú)立的，二者的量不能直接換算。秒、分、小時這類量是古典物理學(xué)中時間的量，這類量與三維空間的厘米、米等不能直接換算。時間有兩種不同的量，一種是以秒、分、小時等為計量單位的時間;另一種是與三維空間的量同質(zhì)的量，例如厘米、米等。為什么厘米、米等這類三維空間的量可以用來計量時間呢?這是因為時間與空間都是物質(zhì)的存在形式，二者的內(nèi)容是同一物質(zhì)。

人們習(xí)慣于以秒、分、小時等來計量時間，對于以厘米、米等來計量時間暫時可能還不理解。如果承認(rèn)時間與空間都是物質(zhì)的存在形式，如果承認(rèn)宇宙是四維的，那就應(yīng)該承認(rèn)時間與空間一樣，也是物質(zhì)的。大家知道，空間作為物質(zhì)的存在形式，其內(nèi)容是物質(zhì)，那么，時間作為物質(zhì)的存在形式，其內(nèi)容是什么呢?當(dāng)然，也是物質(zhì)。時間中的物質(zhì)與空間中的物質(zhì)是否不同呢?沒有區(qū)別，時間與空間的內(nèi)容是同一物質(zhì)。

如果不承認(rèn)以厘米、米等來計量時間，那實(shí)際上是不承認(rèn)四維空時。因為以秒、分、小時等來計量時間不可能與三維空間統(tǒng)一為四維空時。以秒、分、小時等來計量的時間，是物質(zhì)運(yùn)動、變化過程的持續(xù)性和順序性。秒、分、小時等這些量，不能物質(zhì)的量。

空間與時間統(tǒng)一于物質(zhì)，恰似長、寬、高統(tǒng)一于物體。“現(xiàn)在\"是現(xiàn)實(shí)的、物質(zhì)的，“現(xiàn)在\"的量，或者說“現(xiàn)在\"的長度，也是現(xiàn)實(shí)的、物質(zhì)的。時間中的物質(zhì)與空間中的物質(zhì)是同一物質(zhì)，既然是同一物質(zhì)，那就可以用同質(zhì)的計量標(biāo)準(zhǔn)來計量。

前面我們說“現(xiàn)在\"的量是無限短，或者說“現(xiàn)在\"的量是無限小，這些說法都不確切，因為都沒有說清是以秒、分、小時為計量的時間呢，還是以厘米、米等為計量的時間呢?這兩類量是不同質(zhì)的量，或者說這兩類量有質(zhì)的區(qū)別。時間的這兩種量有密切的聯(lián)系，也是可以換算的。

那么，如果以秒、分、小時等為計量單位，“現(xiàn)在\"的量是多少呢?如果以厘米、米等為計量單位，“現(xiàn)在\"的量又是多少呢?整個宇宙的“現(xiàn)在\"的量應(yīng)該是無限短，但是，具體事物的量就應(yīng)該具體地測量。

根據(jù)羅倫茲變換公式可知，運(yùn)動著的尺子要比靜止的尺子短倍。

而運(yùn)動著的尺子與靜止的尺子以及高速運(yùn)動中出現(xiàn)的時間一維的長度構(gòu)成一個直角三角形，這就可以計算出以厘米、米等來計量的時間的量。

根據(jù)羅倫茲變換公式可知，運(yùn)動著的時鐘要比靜止的時鐘慢1/

根據(jù)羅倫茲這一變換公式，以及相關(guān)必要數(shù)據(jù)，可算出以秒、分、小時等來計量的時間的量。

以秒、分、小時等來計量的時間的量和以厘米、米等來計量的時間的量都計算出來后，兩者就可以換算了。

3四維空時中的四維是相互垂直的

大家知道，宇宙在空間上是無限的。從宇宙的一點(diǎn)出發(fā)，無論向什么方向前進(jìn)，都永遠(yuǎn)是物質(zhì)。空間可分為長、寬、高三維，這三維是相互垂直的，而時間一維與這三維方向都不同，與長、寬、高都垂直，所以說四維空時中的四維是相互垂直的。理解了這一問題，物理學(xué)中與此有關(guān)的疑難問題就可以解決。

任何事物都是四維的，任何事物的運(yùn)動都是在四維空時中運(yùn)動。但是，事物的低速運(yùn)動與四維空時的關(guān)系不大。因為低速運(yùn)動的事物在時間一維中所走的距離微乎其微，所以，雖然它是在四維空時中運(yùn)動但與其在三維空間的運(yùn)動相比，并沒有發(fā)生多大的變化。而當(dāng)事物的運(yùn)動速度達(dá)到一定高度時，它就會明顯地由在立體中運(yùn)動轉(zhuǎn)而進(jìn)入到四維空時中運(yùn)動。這里所說的運(yùn)動速度達(dá)到一定高度，是指達(dá)到與光速相當(dāng)?shù)母叨取?/p>

這里還有一個問題，就是雖然任何事物都是四維的，任何事物的運(yùn)動都是在四維空時中運(yùn)動，但是，三維空間有相對的獨(dú)立性，因此我們可以研究三維空間的事物及其運(yùn)動。這就象二維的平面雖然不能單獨(dú)存在，但卻可以研究平面一樣。

那些在平面上運(yùn)動的事物，當(dāng)它轉(zhuǎn)入三維空間運(yùn)動時，變化并不大。例如，在水面上游動的鴨子當(dāng)它鉆入水中時，它的這種運(yùn)動的變化只是普通的變化。而且，鴨子當(dāng)從水平面鉆入水中時，大多有一定角度。但是，當(dāng)事物的運(yùn)動由在立體中運(yùn)動轉(zhuǎn)而進(jìn)入四維空時中運(yùn)動時，情況就發(fā)生了重大的變化，其運(yùn)動方向發(fā)生了九十度的大轉(zhuǎn)彎。

4四維空時的形態(tài)

首先說事物在高速運(yùn)動中的兩個方向。事物在高速運(yùn)動中，一方面沿著它在三維空間的路線前進(jìn)，同時也在時間一維中朝著未來的方向逐步偏移。這就象橫渡長江的渡船，一方面向?qū)Π恶側(cè)ィ硪环矫嬗忠蚴芙疀_擊而向下游逐步偏移。空間方向和時間方向是相互垂直的。

為了便于理解，我們作個假設(shè)。設(shè)某外星人從A星球出發(fā)，向地球上的北京前進(jìn)。他出發(fā)時，A星球的時間是TA，北京的時間是TO。TA與TO是同時的。他到達(dá)北京的時間是TO’，由于他所乘坐的宇宙飛船速度極快，所以當(dāng)他到達(dá)北京時，時間TO還沒有成為過去，還是“現(xiàn)在\"。這是因為同時性是相對的，“現(xiàn)在\"有一定的量。在“現(xiàn)在\"這段時間里，時間TO’與TO都在。或者說，TO’與TO都處于“現(xiàn)在\"之內(nèi)，二者同時存在。又因為TA與TO也是同時的，所以，TA、TO與TO’三者都是同時的。此處的“現(xiàn)在\"的量當(dāng)然大于無限小。

在下面的四維坐標(biāo)中，設(shè):A為A星球，O為TO時的北京，O’為TO’時的北京。

在三角形△OO’A中，時間前進(jìn)的方向是從O向O’前進(jìn)。O的左邊是過去，O’的右邊是未來，O與O’之間是現(xiàn)在。

在這個三角形中，OO’是TO時的北京與TO’時的北京的連線。這一連線OO’是北京這一物質(zhì)在時間中所占有的位置，也就是說，OO’是此時北京在時間一維中所占的位置。這一位置構(gòu)成一段距離，這一距離與三維空間的距離有共同點(diǎn)，都是由物質(zhì)的運(yùn)動形成的，都是現(xiàn)實(shí)的、物質(zhì)的。

在宇宙中，不同的事物在時間一維上的長度是長短不同的。因為時間與空間呈垂直狀態(tài)，所以，在宇宙的不同地方，時間與空間形成高低不同的丁子形。當(dāng)運(yùn)動的物質(zhì)經(jīng)過這些地方時，其運(yùn)動路線必然變得彎曲。于是，物質(zhì)變得彎曲。此外，事物在高速運(yùn)動中有兩個方向，這也會使事物彎曲。當(dāng)眾多的物質(zhì)經(jīng)過這類地方時，就會形成星球或者場。

因為四維空時內(nèi)部的物質(zhì)是彎曲的，所以高速運(yùn)動的物質(zhì)在運(yùn)動中要走短程線，或者說“測地線”。例如，光線的路徑永遠(yuǎn)是短程線，它要不斷拐彎，這也使光源自身的運(yùn)動速度對光速不起作用。短程線為空間中兩點(diǎn)的局域最短路徑。

觀察物質(zhì)是否彎曲，首先要有一個參照系。在古典物理學(xué)里，空間與時間是相互獨(dú)立的，空間的物質(zhì)無論向那個方向延伸，都是無限的，因而，人們難以認(rèn)識物質(zhì)的彎曲性。在三維空間里處處充滿了物質(zhì)，物質(zhì)向哪個方向彎曲?

而在四維空時里，物質(zhì)的彎曲性則明顯地表現(xiàn)出來。在四維空時的時間一維中物質(zhì)的分布不均衡，不同的物質(zhì)在時間一維中長度不同，這是物質(zhì)彎曲的主要原因之一。宇宙中之所以有無數(shù)的大體呈圓形的星球，與時間一維中物質(zhì)的分布不均衡有直接關(guān)系。

雖然物質(zhì)是彎曲的，但是，宇宙不會形成一個封閉的球體，這是因為物質(zhì)彎曲是不同地方的物質(zhì)在彎曲。即便是無數(shù)的地方的物質(zhì)彎曲成了星球，但整個宇宙不會彎曲成一個封閉的球體。整個宇宙的“現(xiàn)在”是無限短的一瞬間，它是不會彎曲的。同時，宇宙中有無數(shù)的不彎曲的物質(zhì)，那些無限小的物質(zhì)不彎曲，所以，宇宙是無邊的。

總之，宇宙是四維的，在四維空時中，時間一維上的長度是有限的，只是在“現(xiàn)在”有現(xiàn)實(shí)的物質(zhì)，過去的物質(zhì)已不存在，未來的物質(zhì)還沒有到來;而物質(zhì)在空間上則是無邊的。“現(xiàn)在”的一種量是以厘米來計算的，四維是相互垂直的。因為客觀世界是四維的，所以，四維科學(xué)必然產(chǎn)生。以四維宇宙為研究對象的科學(xué)是四維科學(xué)。四維科學(xué)包括四維幾何學(xué)、四維物理學(xué)等。