不连续时空观的探讨及发展

翟帅

摘要：目前国内研究的大多是爱因斯坦的四维连续时空，而本文的工作是以圈量子理论为主要依据，并进一步发展，使之成为描述时空特点的完善的理论。为什么时空总是和热力学产生那么多深刻的联系呢，因为能量是时空产生的原因，而热即是能量的一种。

关键词：不连续时空 能量 芝诺悖论 圈量子理论

一、 目前时空的理论

1、 广义相对论

爱因斯坦的时空是四维的弯曲连续时空， 在这个时空，没有直线。引力和电磁力都可以用时空弯曲来解释。毋庸置疑，这是天才的理论，它极其深刻的说明了引力和电磁力，使人类向大统一场迈了一大步。可以把爱因斯坦的时空模型比做一种流体，这样就直观的体现了爱因斯坦时空的特点，大质量的物体会引起超流体的局部变形，变形的程度取决于物质的质量。每次新的理论的产生，不是完全的否定过去，而是将原来的理论发扬光大。

2、弦理论

20世纪，物理学最恢弘的战斗发生在广义相对论和量子论之间，广义相对论在大的空间尺度、大的质量环境下体现出了它的正确性，而从微观角度，量子力学体现出了它的正确性，为了使这两个理论统一，物理学家们提出了弦理论，这个理论认为世间万物都是由微小的弦组成，吸引了大批物理学家并取得了一些成果，但是这仍然是一个不成熟的理论，弦理论预言的大量新的基本粒子和各种力并没有被观测到。

3、混沌分形理论

有人把混沌论、量子论、相对论称作21世纪最伟大的三个学说，混沌论产生于非线性空气动力学，后来发展到宇宙学领域，它认为空间是破碎的，是不确定的，在这个时空，甚至无法测量线段的长度。分维数的不断迭代产生拉压，折叠，扭曲产生了时间和空间，它指出了时空的不连续特性，但是这个理论并不能说明时间和空间的本源。

4、圈量子理论

一些新锐的科学家，在那些经过实验检测的结论上，利用自创的数学语言，几位科学家经过计算发现，时空是量子化的，或者说是离散而非连续的，时间和空间是由极小的圈组成，圈之间的相互作用，形成了所谓的自旋网络，也就是说时空很像一堆泡沫。圈量子理论提出后，一些科学家对它进行了检验，发现广义相对论在某种上和圈量子理论很相似，此外，圈量子理论还可以很好地解释黑洞的一些现象。

二、 这些理论的纰漏

1、 无法解决的芝诺悖论

芝诺悖论最为著名的是阿基里斯和乌龟的赛跑，假设开始时乌龟位于前方的100米远处，而阿基里斯的速度是乌龟的一百倍。当阿基里斯跑了100米时，乌龟移动了1米，而阿基里斯再前进1米时，乌龟前进了1厘米，如此，阿基里斯永远追不上乌龟。尽管有些人号称用无穷积分可以解这个悖论，但事实上积分学本身就避开了这个悖论的逻辑，这个悖论在连续时空的前提下是无解的。

2、 狭义相对论前提没有明确

狭义相对论的假设是在飞驰的火车上，而我们知道如果火车的速度没有达到光速，那么它只是在做相对运动，而相对运动可以看做静止，因此在飞驰的火车和静止的火车上并没有区别。之所以出现这个问题，是因为影响火车内时间和空间的因素不在于运动，而在于火车内的时空所具有的能量。因为我们知道温度升高是因为空间内粒子的运动速度加快，如果火车看做微观的粒子，那么当火车运动时，我们也可以看做它具有的能量提高了。

三、 正确的理论

1、 时空不连续

正如圈量子所告诉我们的，时空是不连续的，长度不是无限可分的，在地球上最短的长度是普朗克长度，时间也不是无限可分的，地球上最短的时间段是普朗克时间。普朗克常数是一个实验值，我认为普朗克常数在每个时空的实验值不一定相同，可能会受这个时空各种能量的影响，它变化的规律是在能量高的地方实验值较低，在能量低的地方实验值较高。

2、 能量是时空存在的原因

（1） 能量

有人提出应该用“能量载体”的概念替换“能量形式”，因为能量本质上不存在不同形式，就好像水的固态液态本质上还是水。作为广延量的物理量，能量包括电荷量、质量、动量、物质的量以及熵等，它们的整体值都等于各部分值的和，而且都可以确定它们各自的密度值。

正因为有能量，才有时空。

（2） 能量对于时空的影响

因为能量可以影响普朗克常数，因此当宇宙形成时，能量高度集中，这时普朗克常数极小，几乎为零，因此此时几乎没有时间和空间，当宇宙大爆炸后，由于热力学第二定律，一切能量都在发散，因此宇宙的膨胀，本质上膨胀的是普朗克常数。

四、 观测到的依据

1、 温度对时空维度的影响

科学家认为空间是三维的理由来自于一种叫做赫姆霍兹自由能密度的热力学参数。在充满辐射的宇宙空间里，这个密度好比是一种存在于所有空间维度的压力，压力大小取决于该空间的温度和尺寸。科学家发现，当温度超过临界值，空间可以转换到更高的维度。由此我们可以看出温度可以影响时空的维度，而温度上升意味着能量的上升，所以能量才是影响时空的根本要素，但是能量实际上影响的不止是维度，也可以影响普朗克常数的实验值。

2、 美国太阳卫星

美国向太阳发射的卫星，总是不按计算好的运动轨迹运行，而是总是摇摆，为什么地球上适用的技术在太阳上不适用呢？因为太阳是一颗恒星，不只是它的质量能够产生时空弯曲，它散发出的热量也可以使时空发生变化。

3、 不准确关系

正如爱因斯坦所说，上帝不会掷色子，不确定关系必然有其内部原因。对于一个量确定的越精确，另一个量的不确定程度就越大，因为微观粒子具波动性，而粒子波动的原因恰恰是因为时空的不连续，正如湍急河流里的泥沙。在能量高度集中的理想化条件下，不确定量逼近与零。

普朗克常数的相对性 圈量子理论的发展

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