物质的本质与空间相对论 胡良 深圳市宏源清防伪材料有限公司 摘要: 从狭义角度看,物质是构成宇宙万物的实物及场等的客观事物;是能量的 一种聚集形式.从广义角度,物质就是存在, 宇宙的属性可表达为: dim A = L^(α )*T^(β )等效于 L^(m)*[L^(3)T^(-1)]*{[L^(1)T^(-1)]^(n)] }.其中:A 是任一物理量,L 是长度.T 是时间 .m 是整数,n 是整数. 关键词:空间相对论,物质,空间,速度,量纲,相对论 作者简介: 男, 高级工程师, 深圳专家, 总工程师, E-mail:2320051422 @ qq.com 1 前言 关于空间的含义, 数学的解释是指一种具有特殊性质及一些额外结构的集合. 经典物理学的解释是宇宙中物质实体之外的部分称为空间. 数学上的空间是指一种具有特殊性质及一些额外结构的集合.数学中常见的空 间类型有,仿射空间,拓扑空间,一致空间,巴拿赫间,豪斯道夫空间,向量空间 , 赋范向量空间,内积空间.空间向量可分为度量空间,完备度量空间,希尔伯特空 间,欧几里得空间,射影空间,样本空间,函数空间,概率空间.立体几何涉及二大 方面,一是位置关系(包括线线垂直,线面垂直,线线平行,线面平行);二是度量 问题(包括点到线、点到面的距离,线线、线面所成角,面面所成角). 在经典物理学理论中,将宇宙中物质实体之外的部分称为空间空间,物体处在空 间的一点上,物体相对于不同的参考系运动时, 物体经过的空间不同.物体静止时, 物体存在空间中;物体运动时,物体也存在空间中.无论在静止系还是在运动系的 空间各向都是平等的. 空间是与时间相对的物质存在形式,表现为长度宽度高度.物质存在的客观形 式,由长度宽度高度表现出来.绝对空间的特性是与一切外在事物无关, 处处均匀 并永不移动.相对空间是可以在绝对空间中运动的结构,可对绝对空间的进行量 度. 牛顿的时空称绝对时空, 爱因斯坦的时空称相对时空. 2 物质的含义 从哲学上说,物质就是不依赖于人的主观意识而存在的客观实在.世界的本质 是物质的, 意识是物质高度发展的产物.运动是物质的根本属性,时间和空间则是 运动着的物质的存在形式.自然界和社会的一切形象,都是运动着的物质的存在 形式.经典物理学中,物质是指固体,液体或气体等,是指占有时间、 空间和质量的 东西.物质还包括客观存在的一种物质形态,即能量性场物质(电场、磁场、引力 场、电磁场等).宇宙中的物质都是由化学物质(或者是由化学物质)所组成的混 合物.物质的基本成分是元素,元素呈游离态时为单质, 呈化合态时则形成化合物. 分子,原子,离子是构成物质最基本的微粒.分子能独立存在,是保持物质化学性 质的一种微粒.原子是化学变化中的最小微粒,在化学反应中,原子重新组合成 新物质.原子结合形成分子.离子是带电的原子或原子团.目前,物质已发现有有 六种存在形态:固态、液态、气态、等离子态、玻色爱因斯坦凝聚态、费米子凝 聚态.固态物质通常具有形状和体积,其分子紧紧地结合在一起.液态物质有体 积,但没有固定形状,其分子结合比较松散.气体既没有体积也没有形状,其分 子可自由地移动.等离子态是由等量的带负电的电子和带正电的离子组成.玻色 爱因斯坦凝聚态表示原来不同状态的原子突然凝聚到同一状态(基态);此时, 玻色子全部聚集在同一量子态上并各自占据着不同的量子态.费米子凝聚态是当 物质冷却时,费米子逐渐占据最低能态,但它们是处在不同的能态上. 从狭义角度看,物质是构成宇宙万物的实物及场等的客观事物;是能量的一种聚 集形式.从广义角度,物质就是存在,因此,时间和空间也归属于物质.从科学角度 看,物质是能够参与化合反应和放射性反应的一种波粒二象性现象.实体性物质 占有排他性空间,而能量性场物质可以共享空间但同样具有方向性等空间属性. 超弦理论认为,构成我们世界的物质微观基本单元是具有广延性的弦和膜.粒子 标准模型中的粒子,都是弦或膜的激发.弦和膜的线度是有限短的普朗克长度, 它 们正是构成我们世界的物质基本单元.圈量子引力给出了在普朗克标度面积和体 积的量子化性质,即断续的本征值谱,面积和体积分别存在着最小值.空间体积 和面积的不连续性和基本单元的存在, 显示了物质微观结构的断续性和基本单元 的存在性. 时间是指一切具有不停止的持续性和不可逆性的物质状态的各种变化过程, 是其有共同性质的连续事件的度量衡的总称.时间是思维对物质运动过程的分 割、划分.绝对时间是指时间的量度和参考系无关,绝对空间是指长度的量度与 参考系无关.相对论中提出时间,空间,引力三者是一整体.广义相对论认为质量 产生的重力场将造成扭曲的时空结构.量子引力理论(包括弦理论,M 理论等)预 言时间是间断的,具有量子特性的,普朗克时间是时间的最小单位.普朗克时间, 是指时间量子间的最小间隔,没有比这更短的时间存在.普朗克时间=普朗克长度 /光速.普朗克长度是由引力常数、光速和普朗克常数决定的, 假如宇宙是静止的, 那么物质不会收缩膨胀,不会有物理及化学反应,不会有光射 到地球上来, 生命也不会存在.可见运动一定是宇宙的属性之一.物体在空间的运 动,在另一物体看来,就是时间.时间不是静止的,时间是一个动量.时间就是物 体在空间的运动, 时间就是运动. 任意运动的物体都能表示时间. 从另一角度来 看,物体从一点运动到另一点,在另一物体看来就是时间从某一时刻运动到另一 时刻.时间从某一时刻到另一时刻就是物体从某一点运动到另一点.时间流逝的 过程就是物体运动的过程.钟表能够表示时间,因为,钟表是一种运动,这种运动 在另一物体看来就是时间.任意截取运动上的两点, 在另一物体看来就是时间段, 运动的大小决定的是这两点间时间段的大小.可见物体的运动(在另一物体看来) 就是时间. 参考系作为空间的定点描述运动经过的空间.物体在空间的位置变化就是运 动,不涉及时间.无论物体怎么运动,作为参考系时本身都为一个定点,是不动 的.因此不能以参考系测量物体的运动.测量运动大小的只能是一个运动的物体, 称它为第三个物体.以第三个物体本身运动的大小为标准,可描述其他物体的运 动大小.运动指的是运动的多少; 运动的大小表示的是运动本身的快慢.以第三个 物体为标准, 那么其它物体的运动与第三个物体的比值就是其他物体的运动的大 小.以一个物体为标准,以这个物体作为定点,可以描述出其它物体的运动;以 这个物体本身运动的大小来衡量其它物体运动的大小.只涉及以运动的大小描述 运动的大小,而不涉及其它量.霍金解出广义相对论中的爱因斯坦方程式, 显示宇 宙的时间是有一个起始点,是由大爆炸开始的,在此之前的时间是毫无意义的. 而物质与时空必须一起并存, 没有物质存在,时间也无意义 .从热力学第二定律 来看,低温热源不可能将热量自发传递给高温热源(或不可能从低温热源将热量 传递给高温热源,并不产生其他变化).或者说不可能从单一热源吸热完全转化 为机械功,并不引起其他任何变化,孤立体系向着熵增加的方向发展. 3.空间相对论定理 空间相对论定理,就是守宙所有属性都是长度(L)及时间(T)的集合.宇宙 的所有属性可用表达式 dim A = L^(α )*T^(β ) 其中:A 是任一物理量,L 是长度,通常用“米”.T 是时间,通常用“秒” .α 和 β 是 量 纲 指 数 .L 体 现 宇 宙 的 静 止 属 性 ,T 体 现 宇 宙 的 运 动 属 性 , 速 度 [L^(1)T^(-1)]体现了宇宙静止属性与宇宙运动属性的对立统一. 宇宙的属性又可表达为: dim A = L^(α )*T^(β )=L^(m)*[L^(3)T^(-1)]*{[L^(1)T^(-1)]^(n)] }.其中:A 是任 一物理量,L 是长度.T 是时间 .m 是整数,n 也是整数. 可见,物质的质量可表达为: M=L^(m)*[L^(n)T^(-1)].例如: M<34>=L^(3)*[L^(4)T^(-1)]. 物质的质量等效表达式: M=L^(m)*[L^(n)T^(-1)]=L^(m+n-3)*[L^(3)T^(-1)]= L^(3)*[L^(n+m-3)T^(-1)]. 例如: M<56>=L^(5)*[L^(6)T^(-1)]=L^(8)*[L^(3)T^(-1)]= L^(3)*[L^(8)T^(-1)]. 在 三 维 空 间 中 具 有 能 量 的 物 质 基 粒 子 的 量 纲 表 达 式 : L^(m)*[L^(3)T^(-1)]*{[L^(1)T^(-1)]^(n)] }. 例 如 常 见 的 实 物 基 本 粒 子 的 量 纲 : L^(4)*[L^(3)T^(-1)]*{[L^(1)T^(-1)]^(2)] }=L^(9)T^(-3). 4.空间相对论定理的应用 4.1 空间相对论看高维度空间到低维度空间 根据空间相对论定理,“N 维空间”在“(N-1)维空间”里以一定“(N-1)维空 间运动速度”运动,就是“(N-1)维物质”.当“(N-1)维空间运动速度”速度为 “0”时,仍是“N 维空间” ;当“(N-1)维空间运动速度”速度“无穷大”时, 转为“(N-1)维空间”. “(N-1)维空间”在“(N-2)维空间”里以一定“(N-2)维空间运动速度”运动, 就是“(N-2)维物质”.当“(N-2)维空间运动速度”速度为“0”时,仍是“(N-1) 维空间”当 ;“(N-2)维空间运动速度” “无穷大” 转为 速度 时, “(N-2)维空间” .??. “四维空间”在“三维空间”里以一定“三维空间运动速度”运动,就是“三维 物质”.当“三维空间运动速度”速度为“0”时,仍是“四维空间” ;当“三维 空间运动速度”速度“无穷大”时,转为“三维空间”. “三维空间”在“二维空间”里以一定“二维空间运动速度”运动,就是“二维 物质”.当“二维空间运动速度”速度为“0”时,仍是“三维空间” ;当“二维 空间运动速度”速度“无穷大”时,转为“二维空间”. “二维空间”在“一维空间”里以一定“一维空间运动速度”运动,就是“一维 物质”.当“二维空间运动速度”速度为“0”时,仍是“二维空间” ;当“三维 空间运动速度”速度“无穷大”时,转为“一维空间”. “一维空间”在“点维空间”里以一定“点维空间运动速度”运动,就是“一维 物质”.当“一维空间运动速度”速度为“0”时,仍是“一维空间” ;当“一维 空间运动速度”速度“无穷大”时,转为“点维空间”. 体现了不同属性的空间, 在一定边界条件下,可以相互转化. 从高维度空间到低 维度空间,当出现“空间加速度”时,会出现相对论的“时间变慢”和“尺子缩短” 效应. 4.2 三维空间是宇宙常数 三维空间是宇宙常数, 体现了宇宙是由具有不同动量的量子化的具有不同维 度的空间,在三维空间中运动和相互影响.体现了各种属性的空间在三维空间的 对立统一.也说明宇宙是由起点(终点)加三维为一个周期的(最小周期).宇宙周 期的整数倍是稳定的. 点 维 空 间 在 三 维 空 间 以 三 维 空 间 速 度 运 动 的 量 纲 是 L^(0)*[L^(3)T^(-1)],M<03>( 点 维 粒 子 质 量 ); 其 具 有 能 量 时 的 量 纲 是 {L^(0)*[L^(3)T^(-1)]}*[L^(2)T^(-2)],即 M<03>*[L^(2)T^(-2)]. 一 维 空 间 在 三 维 空 间 以 三 维 空 间 速 度 运 动 的 量 纲 是 L^(1)*[L^(3)T^(-1)],M<13>( 一 维 粒 子 质 量 ); 其 具 有 能 量 时 的 量 纲 是 {L^(1)*[L^(3)T^(-1)]}*[L^(2)T^(-2)],即 M<13>*[L^(2)T^(-2)]. 二 维 空 间 在 三 维 空 间 以 三 维 空 间 速 度 运 动 的 量 纲 是 L^(2)*[L^(3)T^(-1)],M<23>( 二 维 粒 子 质 量 ); 其 具 有 能 量 时 的 量 纲 是 {L^(2)*[L^(3)T^(-1)]}*[L^(2)T^(-2)],即 M<23>*[L^(2)T^(-2)]. 三 维 空 间 在 三 维 空 间 以 三 维 空 间 速 度 运 动 的 量 纲 是 L^(3)*[L^(3)T^(-1)],M<33>( 三 维 粒 子 质 量 ); 其 具 有 能 量 时 的 量 纲 是 {L^(3)*[L^(3)T^(-1)]}*[L^(2)T^(-2)],即 M<33>*[L^(2)T^(-2)]. 四 维 空 间 在 三 维 空 间 以 三 维 空 间 速 度 运 动 的 量 纲 是 L^(4)*[L^(3)T^(-1)],M<43>( 四 维 粒 子 质 量 ); 其 具 有 能 量 时 的 量 纲 是 {L^(4)*[L^(3)T^(-1)]}*[L^(2)T^(-2)],即 M<43>*[L^(2)T^(-2)]. 五 维 空 间 在 三 维 空 间 以 三 维 空 间 速 度 运 动 的 量 纲 是 L^(5)*[L^(3)T^(-1)],M<23>( 五 维 粒 子 质 量 ); 其 具 有 能 量 时 的 量 纲 是 {L^(5)*[L^(3)T^(-1)]}*[L^(2)T^(-2)],即 M<53>*[L^(2)T^(-2)]. ??依此类推,以至无穷.具有能量(或动量,超强动量)的各种 N 维粒子就如 元素周期表的元素一样,构成了宇宙的万事万物. The Nature of Matter and Space Relativity HU Liang Shenzhen Hongyuanqing Security Materials Co. Ltd., Shenzhen 518004, Chin Abstract: narrow angle, the material constituting the universe, physical and field objective things; an aggregated form of energy from a broad perspective, the substance is the existence of the properties of the universe can be expressed as: dim A = L ^ (α) * T ^ (β) = L ^ (m) * [L ^ (3) T ^ (-1)] * {[L ^ (1) T ^ (-1)] ^ (n)]} where: A is any one of the physical quantity, L is the length and T is the time, m is an integer, n is an integer. Keywords: space relativity, matter, space, speed, dimension, relativity