天问--宇宙学第一课

1.宇宙有多大？有没有边缘？

2.时间有没有开端？有没有终结？宇宙三维时间观？

3.宇宙物质的构成成份？

4.宇宙天体是如何形成和演化的？

 

宇宙三维时间观

 

 

破解宇宙之迷的前提在于破解时间之迷，破解时间之迷的前提在于破除传统的“时间观念”，它既是一层窗户纸，也是一道铜墙铁壁，如果你具备了超越爱因斯坦的想象力，这层窗户纸将一捅即破，你相信吗？现在就让我们来破解时间之迷。

直到今天，人们仍然坚持这样的观点：时间的性质是一维的长度，时间的单位应该用“小时”或“秒”来表示，事实真是如此吗？在这里我先大胆地提出几点疑问：如果时间真是一维的长度，它为什么不能用标准尺来衡量却要用标准钟才能计算？既然时间是长度，它为什么不能用长度单位米来表示而非要用“小时”和“秒”来表示？“小时”和“秒”也是长度单位吗？如果是长度单位它们与米是什么关系？两者能换算吗？反之,如果不是长度单位干吗要用它们来表示时间长度？相信这些问题是没有人提出过的，也是极难回答的，至少不能说它们是幼稚的问题，回答不上来的问题一定不是幼稚的。
可以肯定地说，我们今天使用的时间概念是含混不清的，其中存在着许多明显的矛盾，应该说这完全是我们理论自身的矛盾，与时间本身无关。
有史以来，由于人们对于时间概念的错误理解，必然导致今天一切有关的物理学理论都不能算做正确的科学理论，虽然现有的这些物理学理论也能在一定程度上解释宇宙的局部，似乎解释的也很正确，但终归不可能建立起一个完整的、大统一的宇宙科学理论，纠其原因就在于我们并不真正了解“时间”。
事实上宇宙是极其简单的，因此解释宇宙的科学理论也必然是极其简单的而不是相反，它大大地超乎了我们所有人的想象。如果你把宇宙想象的越复杂、越神秘，你就越无法把握宇宙；假如你把宇宙想象的很简单，你就会惊奇的发现，宇宙原来是透明的，除了量和量的分布以外什么也没有，那时你会瞠目结舌。
破解宇宙之迷的前提在于破解时间之迷，破解时间之迷的前提在于破除传统的“时间观念”，它既是一层窗户纸，也是一道铜墙铁壁，如果你具备了超越爱因斯坦的想象力，这层窗户纸将一捅即破，你相信吗？现在就让我们来破解时间之迷。
在真实的宇宙中，时间的形象并不是我们想象的那样是“一维的长度”，而应该是“三维的体积”。时间的单位既不能用“秒”来表示也不能用“米”来表示，而应该用“立方米”表示。人们通常所说的“小时”和“秒”以及“天”和“年”并不代表时间单位而只代表“角度”单位。在真实的宇宙中，时间的真正形象并不是角度，而是存在于角度中的“角体积”。现在我们就来专门讨论这个问题，首先从时钟谈起：
我们知道，不同时钟上的表盘面积大小各不相同，但所有时钟表盘面积中存在的角度却完全相等，都是三百六十度。当时针在盘面上转动了一周时，我们说时针走过了十二小时的时间，同时也可以说时针转动了三百六十度角，这说明表盘上的十二小时单位正好等于三百六十度角，而表盘上的一小时单位也正好等于三十度角。由此看来，小时的概念并非长度单位，而实际上代表着角度单位，小时和角度两者之间是可以换算的。换句话说，所谓一小时实际上就是表盘上三十度角的代名词；反之，表盘上三十度角也正好相当于一小时。
一定有人会问：既然你说“小时”不是时间单位而只能做为角度单位，那么我们通常所说的一小时时间又是什么意思呢？我们仍以时钟为例进行说明。
在表盘上，如果时针转动了三十度角我们就会说时针走过了一小时时间，这就好比表盘上的一条半径扫过了三十度夹角中的角面积；如果时针转动了三百六十度角，就等于这条半径扫过了表盘周角中的圆面积。我们说：无论是三十度夹角中的角面积还是三百六十度周角中的圆面积就是体现在“时钟”里的时间，换句话说：在“时钟”里，时间的形象直观地体现为面积单位，所谓“一小时时间”就是表盘上三十度夹角中的角面积，“十二小时时间”就是表盘上周角中的圆面积。
现在我们知道了，在“时钟”里小时的概念原来是指角度单位，而所谓的时间不过是体现在角度中的面积，因此，我们再也不应该说：时间有多长？而只能问：时间有多大？时间的单位既不能用秒来表示，也不应该用米表示，最多只能用平方米表示。
说到这里你感觉吃惊吗？请不要急于反驳我。一切时钟上的表盘面积和刻度都是不动的，它代表着静止的时间，一切时钟上的表针都是运动的，它们代表着运动的物体，这说明物体只能在静止的时间中走动。当某个时钟上的表针停止转动时，我们不能说时钟里的“时间”停止了，因为代表时间面积的表盘和刻度本来就是不动的，我们只能说运动的表针在时间中停止了。这个意思是说——时间本身是从来不动的，时间是静止的。
在“时钟”里，时针就象运动的物体，只能在时间面积中通过，时间是物体运动扫过的面积而不是走过的距离长度，在所有的表盘上都不能体现出时间线段的长短，而只能体现出时间面积的大小。一定有人不同意这种看法，认为如果把表盘上的时针看成是由无数个质点组成的半径，这样每一个质点掠过的弧线就是一条时间线段，它就可以用长度单位米来表示，时间还会体现为长度。我们承认，所有面积最终都是由线段叠加而成的，但是任何线段即使再细也会具有一定的宽度，从本质上讲仍然可以被看成是一个面积单位。同理，在表盘上移动的质点即使再小也应该被视为一段半径，它在转动中所留下的痕迹必然是由长度和宽度构成的面积，所以我们说：在表盘上时间的形象只能体现为面积，而不是长度。单一的长度单位不能唯一地确定面积的大小。
通过以上的分析肯定会给人一种错觉，似乎时间真的就是面积单位，其实这种理解也是不对的。事实上,我们在前面所说的“时间”不过都是时钟里的时间而非真正意义上的时间。真正意义上的时间既不是长度单位，也不是面积单位，而只能是体积单位。
我们知道，所有时钟最早都是根据地球的自转原理而设定的，地球才是真正的标准钟。一切时钟都应该被看成是地球钟的投影，时间在这个投影平面上只能表现出面积的特征，而在地球钟里，时间的真正形象必然体现为体积。
地球自转一周同样等于走过三百六十度角，但地球转动一周并不等于走过了十二小时单位，而是被规定为二十四小时单位，这样地球钟上的一小时单位就应该等于球体中的十五度夹角。这就是说：在地球钟里，一小时就是十五度夹角的代名词。与时钟不同，地球钟上的一小时单位里的“时间”并不是两条半径夹角之间的角面积，而是垂直于地轴上的两扇半圆面积夹角之间的角体积，这就象我们把一个西瓜均匀地切割成二十四块，每一块西瓜的形状就类似于一小时单位中角体积的形状。如果把二十四块角体积看成是一个整体，它就是地球钟周角中存在的球体积，这个球体积就是地球钟自转运动所占据的时间体积，它的大小可根据地球半径长度和球体积公式求出。地球自转运动所占据的时间体积与地球质量所占据的空间体积重合、相等。在这里“时间与空间”终于统一了，它们统一于三维体积。
在地球钟里，时间的形象既不是质点掠过的弧线距离，也不是旋转半径扫过的面积，而是旋转平面扫过的体积。时间的单位既不能用米来表示，也不能用平方米来表示，而只能用立方米来表示。
曾经有人形象地把时间比喻成时间管道或时间隧道，这简直是天才的比喻，既然是隧道就必然要用体积来表示，不过任何时间管道都不可能是直管，而是一个封闭的曲管。这是由于一切物体的运动都是在一定的范围内旋转，就象时针和地球钟那样在角度中进行一样，无论是一个原子、太阳系还是整个宇宙。
在太阳系中，地球的公转轨道就是一个典型的时间管道，当然，这个时间管道的样子是在我们的思维中想象出来的，它是地球围绕太阳公转一圈所扫过的体积，该体积的大小等于地球的最大切面与管道的平均周长的乘积。在太阳系中，所有行星都在自己的时间管道中围绕太阳中心旋转，由于不同行星的管道的截面积大小和平均周长各不相同，因此，我们说每个行星运动所实际占据的时间体积大小不同，并且它们都不处在同一个时间体积中。所有行星公转一周都叫做走过了一年的时间或三百六十度，这说明一年的单位实际上代表太阳系中的三百六十度角，在地球年中存在的时间管道体积与木星年中的时间管道体积肯定是不同的，应该说木星旋转运动所占据的“年角度”中的时间体积明显地比地球运动所占据的“年角度”中的时间体积要大，这好比说木星质量占据的空间体积要比地球质量所占据的空间体积要大一样，并且它们同样也不处在同一个空间体积中。
在地球钟上，一切物体都可以被看成是在自己的时间管道中象时针一样围绕着地轴旋转，任何单个物体或质点的时间管道截面与管道周长的乘积就是该物体旋转运动所占据的时间体积。地球上所有物体或质点的时间管道体积累计的总和构成了地球整体自转运动所占据的总时间体积，这个时间体积的形状也是一个典型的以地轴为中心的时间管道。地球是一个球体的时钟，也是普通时钟的原型。地球上每一个单个物体的运动都不处在同一个时间管道体积中，或者说不具有同时性，但它们又都同处在一个更大的时间管道体积中，这就是地球的总时间管道体积，它的大小与地球质量所占据的空间体积大小相等、重合。
就宇宙整体而言，它是一个最大的标准钟，在宇宙钟里存在着各种不同层次、大小不等的时钟，包括银河系钟、太阳系钟，地球钟和原子钟、光子钟等。宇宙中一切物体的运动就象永不停止的表针一样确定着自己在时间体积中的位置和坐标，我们今天所感觉到的所谓时间的快慢，实际上并不是时间本身的快慢而是地球自转和公转运动的快慢，它与地球的动量和速度直接有关。要想知道最后的答案，我们必须按顺序讨论。
宇宙中一切物体的运动都是在“时间体积中”进行的而非随时间运动；一般说运动的总是物体，而不动的总是时间，运动与时间不可分。时间的本质是三维的体积，时间量的单位用立方米表示。
宇宙中时间完整地隐藏在空间中，与空间体积重合、相等，因此我们很难发现它的存在，误以为时间是看不见摸不着的，并且是无法把握的。宇宙中时间与空间是对称统一的，两者重叠在一起形成了三维时空。三维时空观比所谓的四维时空观更简单、更易懂，并且能够直观地描述，因此更具有合理性。
宇宙中时间是静止的而非均匀的流逝，一切物体都是在时间中而非在空间中持续地运动。一切物体运动相对不动的时间而言都是绝对的，时间没有长短只有大小，时间没有快慢之说，因此时间也就无始无终。
宇宙中不存在直线匀速运动，一切物体都在自己的时间管道中循环，这使得时间的特征同空间一样不可避免地表现为弯曲的圆形结构。宇宙是一个旋转的球体，类似于原子、地球和太阳系。
必须强调指出：只有承认了时间的三维性质，才有可能最终解释宇宙，否则我们只能永远在旧理论中徘徊。
在基本上了解了时间的三维性质之后，还要继续讨论另外两个相关概念，这就是动量和速度。在宇宙中，任何单个物体运动所占据的时间体积必然直接与该物体的动量和速度有关，它们共同构成了一组相关的变量。在动量、时间体积和速度三者之间存在着确定的比例关系，其中任何一个变量的量值都是由另外两个变量共同决定的，它们密不可分、相互说明、缺一不可。除了动量、时间体积和速度之外，宇宙中还包含着另外一组变量，这就是质量、空间体积和密度，它们三者之间同样存在着确定的比例关系，其中任何一个变量的量值都是由另外两个变量共同决定的，它们密不可分、相互说明、缺一不可。宇宙中的这两组变量是对称统一的，可以对照解释和相互说明。
必须指出：由于人们过去并不真正了解时间，因此对于“动量”和“速度”概念的理解必然也是含混不清的，以至于在对“动量”和“速度”概念的定义中不可避免地存在着错误和矛盾，在此必须予以纠正。现在我们首先讨论动量。
在教科书中，动量被定义为质点的质量与速度的乘积，动量的单位用千克?米/秒表示，毫无疑问，这是不对的。我们说如果动量等于质量与速度的乘积，那么在动量中就必然应该包含着质量并且一定大于质量，这就是说动量应该被看成是由两部分量组成的，这里有一个问题，如果其中一部分量肯定叫质量，那么另一部分量应该叫什么呢？假设这部分量也叫质量，就等于说动量全部是由质量所组成，两者不存在区别，这是不应该的。假设另一部分量叫动量，就等于说动量中既包含质量同时也包含一部分动量，这显然是矛盾的。也许有人说另一部分量叫速度，那么我们为什么不能反过来也把速度叫质量或叫动量呢？还有，如果动量中必然包含质量的话，在质点失去速度的情况下，质点的质量是否仍然属于动量的一部分？这时我们为什么总认为动量在静止的质点中完全消失了？如果我们不能合理的回答这些疑问，还能肯定地认为动量是质量与速度的乘积吗？况且把动量的单位用千克?米/秒表示也是非常牵强的，因为它明显地是做为一个比值出现的，比值不能够代表一个确定量的单位。比如说质量单位是千克，那么与之相对应的动量单位也应是千克而不是别的。可以肯定地说：现有的动量概念是错误的，是不能成立的，它必须要与质量单位相统一。请不要急于反驳我，这决不是耸人听闻，我们没想到的事情还多着呢。
一个相对地面保持静止状态的铁球，有人说它的速度为零，因此不具有任何动量；还是这个铁球，有人看见它正在与地面一起围绕着地轴转动，因此说它具有很大的动量。两种不同的解释必然得出两种不同的计算结果，请问：铁球到底有没有动量？不用说，回答当然是肯定的。
长期以来，人们始终坚定地认为：运动永远是相对的，在失去或并存着两个不同参照系的情况下不能断定物体动与不动，从而也就无法确定物体有无动量。在这种错误的思维方式影响下人们必然以为所有物体中都不可能存在着绝对的动量，甚至认为物体中的动量是可有可无、时有时无的。这样一来，人们根据相对运动计算出来的动量自然也是相对的动量，应该说这种认识是非常错误的。
可以肯定地说，在真实的宇宙中确实存在着一个绝对静止的参照系，这就是我们反复强调的时间体积，时间和空间是宇宙中唯一不动的东西，（这个问题以后还要进一步说明，时间和空间只做膨胀和收缩运动，只有大小的变化，它们都是有限的。）一切物体只要存在于时间中就必然是绝对运动的，并且具有绝对的动量。宇宙中动量与质量相同，都是物体中固有的量，而且是绝对存在的量，两者是相对独立的。动量只表示物体运动大小的量，是纯粹运动中的量，也叫做占据时间的量。动量的大小只与物体运动所占时间体积的大小和速度的大小有关，而与质量无关。这就象物体质量的大小只与所占空间体积的大小和密度的大小有关，而与动量无关一样。物体中动量与质量等价、平权、重叠；时间体积与空间体积等价、平权、重叠；速度与密度等价、平权、重叠。
在地球上，一切物体都随地面一起围绕地轴转动，在不受到其它物体动量的作用下始终保持原有的动量不变。一个在地面上静止的铁球永远不会自己滚动，除非有其它物体的动量传递给它，迫使其改变原有的速度而在地面上滚动，然而这时铁球所具有的动量已经不是它应有的真实动量，而是附加了其它物体的动量，一旦所施加的额外动量消失后，铁球就会自发地逐渐恢复到原有的速度和动量状态上来，最终停止在地面上与地球一起转动。
现在我们知道了，任何物体在不受到其它因素的影响下总保持原有的动量不变，这就是说物体的动量是固有的而并非质量与速度的乘积，那么物体中原有的动量大小又是如何确定的呢？确切地说：物体的动量是所占时间体积与速度的乘积，这就相当于物体的质量是所占空间体积与密度的乘积一样。如果我们要想确定某个物体的动量大小必须首先确定物体所占的时间体积大小和速度的大小；这等于说：如果我们要想确定某个物体的质量大小必须首先确定物体所占的空间体积大小和密度的大小一样。然而遗憾的是，现有的教科书中的速度概念本身也是错误的，必须先行予以纠正。
教科书中的速度概念被定义为质点的位移与所历时间的比值，速度单位用米/秒表示，这是什么意思呢？按照书上的说法，位移是质点运动所走过的距离，用长度单位米表示。很显然，这种说法至少是不严谨的，我们已经知道，任何质点的运动过程必然要扫过一个管道体积，这就是质点动量存在于其中的时间体积，如果我们仅仅把运动看成是质点走过的距离而不是扫过的体积，就会使动量与时间体积相脱离，这就好比说物体在空间中运动、时间在钟表里进行一样。我们知道，在现有的速度概念中的时间单位用“秒”表示已经是错误的观点了，因为“秒”已被证明只能代表角度的单位，这样一来长度单位米与角度单位秒两者之间不可比，我们总不能说十五度角中究竟存在多少米。即使我们把角度单位“秒”看成是角度中存在的面积或体积，这个速度概念的比值也是不能成立的，因为米与平方米或立方米之间也不可比，我们总不能说一定的面积或体积中究竟存在多少米？还有一点是非常重要的，在现有的速度概念中居然没有体现出动量的概念，这是不可思议的事情。相比之下，在现有的密度概念中明确地体现出了质量的概念。总之，我们今天使用的速度概念表达的内容是含混不清的，根据这样的概念不能反映出速度的真正含义。纠其原因仍在于我们根本不懂得什么是“时间”。
现在就让我们来修改这个含混的概念，在速度单位米/秒中，时间单位不能用秒表示，而应该用立方米表示。长度单位米在速度中是多余的概念，应该改为动量。由于原来使用的动量单位——千克?米/秒是错误的，因此必须更换。为了使动量单位与质量单位相统一，我们把动量单位表述为：千克（动量），这样修改后的速度概念应表述为质点的动量与时间体积的比值，速度单位用千克（动量）/米3（时间）表示。新的速度单位与原有的密度单位是非常对称的：千克（动量）/米3（时间）千克（质量）/米3（空间）我们把修改后的动量、时间体积和速度称之为新概念，它们与物理学中的另外一组变量——质量、空间体积和密度之间存在着数学形式上的对称性和统一性，稍加比较之后就会发现其中存在的合理因素。总之，新概念的出现不仅仅是对旧概念本身在内容和美学效果上的改变，从更大的意义上讲，它预示着一场新的物理学革命将在所难免。