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时间是什么？ 空间是什么？ 自古以来，人类就孜孜不倦的在宇宙中追寻答案。天方地圆长久束缚着古代人的思想，牛顿从科学角度开辟了时空观的新纪元，为人类谱写了牛顿时空观。后来，爱因斯坦建立了四维时空，并结合广义相对论发展了弯曲时空理论。目前，弯曲时空成为科学界普遍公认的主流思想。然而，量子理论的成功打破了这个局面。近代科学实验反复验证了量子理论的正确性，从而，在探讨时空时就不能忽略量子效应。为此，全世界许多著名的理论物理学家都在努力尝试结合广义相对论与量子理论建立新的时空观。我国著名的理论物理学家邵常贵（湖北大学教授），多年从事圈量子引力方面的研究并在这方面取的了重大的突破。结合研究成果，他与邵丹、邵亮共同提出圈量子宇宙时空观。并著作了《空间与时间》一书。以下是此书内容对宇宙时空进化史的简要描述。（注，为了方便读者理解，做科普时小编对书中的一些内容做了适当修改，与作者原文略有不同）。 一、原始时空观。 在遥远的古代，人类通过观察昼夜交替、四季轮回、日月星辰变化等。认为人类所生存的世界，在范围上是空旷无边的，在光阴上是不断流逝的。空旷的空间有前后、上下、左右不同活动方向。于是，人类形成了天方地圆的时空观念。 二、牛顿的时空观。 随着科学技术的进步，十八世纪，以牛顿为代表的科学家提出较完整的时空观念。牛顿认为，空间是均匀的，它如同一个无穷大的盒子；时间如同流水在空间中均匀的流逝。时间与空间是不同的，彼此独立存在，没有任何关系。牛顿时空背景可以用笛卡尔坐标系描述。 三、狭义相对论时空——闵可夫斯基空间。 爱因斯坦以光速不变原理和相对性原理为前提建立了狭义相对论。爱因斯坦从光和物理规律在时空中的不变性出发，推导出一种四维时空中同一事件在两个惯性系中的两组坐标变换关系，即洛伦兹变换。 当坐标系间的运动速度远小于光速时，遵循经典运动规律（伽利略变换），当等于或接近光速时坐标系之间运动服从洛伦兹变换。 爱因斯坦时空背景可用闵可夫斯基空间描述。闵可夫斯基空间是由三维空间加一维时间构成的四维时空。与牛顿时空的区别在于爱因斯坦时空中，时间与空间是相互联系在一起的，没有独立的时间和空间。 四、广义相对论弯曲时空。 爱因斯坦在等效原理和广义协变原理前提下建立了广义相对论。等效原理指惯性质量与引力质量是等效的。广义协变性指不受限制的任意坐标系的变换（确保了引力场方程在任意坐标系中具有相同的形式）。 在广义相对论理论中引力场被表述为时空的弯曲，引力大小是由时空弯曲程度（曲率）描述的。时空中有不同质量的物质和物质的运动都会对时空本身产生“引力扰动”，从而，重新规定了时空的度量。 因此，广义相对论描述的弯曲时空中，有质量的物质和物质的运动会对时空本身产生影响。即时空的几何结构是由有质量物质和物质运动决定的。 五、圈量子宇宙时空。 上世纪60年代之后，随着量子宇宙学的研究和发展，许多关于量子宇宙的观点被提出。这种宇宙是用体积和标量场的波函数来表示态，态用来描述宇宙的演化。空间和标量场表示为算符。将引力量子化成为该理论面临的最大难题。阿西泰客是圈量子引力的创始人。为了解决引力量子化的难题，上世纪七十年代彭若斯提出把自旋网用于研究空间中粒子与背景无关的行为的设想。这种设想被阿西泰客、罗威立、斯沫林、斯依曼等人发展为圈量子引力。 圈量子时空的特点： 1、圈量子宇宙时空的空间几何在普朗克尺度是离散的，而不是连续的，并且是非交换的。 以前所有的时空观都认为空间是连续的，圈量子时空结合量子理论认为空间本身也是量子化的。所以，空间在普朗克尺度就像一粒一粒分离的粒子是不连续的。并且空间是组合的，连续坐标系只起到辅助作用。不同坐标之间不存在联系，宇宙没有固定的时空背景（确切的坐标系）。 2、圈量子宇宙时空中空间与时间之间存在关系。 空间与时间之间存在确定的对应关系，狭义相对论所确立的空间与时间之间的关系，是这种无背景的时空关系在现实世界中借助坐标系的一种体现。 3、时间、空间和引力都是由激发和跃迁产生的。 圈量子宇宙时空一种理论认为，宇宙时空本身就是一种“态”构成，由代数关系波函数表述。“态”（能量场）的激发或者量子的跃迁产生了空间和时间。圈量子引力宇宙观摈弃了大爆炸宇宙理论观。认为“态”的激发和跃迁是宇宙万物产生的根源。 4、激发将产生延展体。 由于“态”的激发产生延展体，如粒子、弦或者D-膜。激发是由自身的代数关系决定的，物理学家用自旋网描述。圈量子宇宙描述的空间具有11维。 结语：邵常贵、邵亮、邵丹教授目前已经成功完成了圈量子引力理论，并相序出版了一系列的书籍。为了提高中国物理理论在国际上的声誉并将最前沿的理论分享予国人，他退休后从事于物理理论科普事业中。他打算把毕生的理论成果制作成一部引领物理科普潮流的视频教育影片，一为提高国人物理科普知识，二为引起世界知名物理学者关注。如果，你想与我们合作加入科普教育事业活动中来。请加微信号（mj1438523957）与我们联系。 邵常贵教授简介： 邵常贵，男，现为湖北大学教授，曾为中科院理论物理所、武汉数学物理所兼职研究员。88年国家级专家（理论物理），博导（现已退休）。研究领域为规范场、空时与引力量子化（含少量空间量子信息）、统一理论，与邵亮、邵丹教授在意、英、德、日、美，专攻引力量子化和重整化、访问、讲学、工作多次。得到了国际上对引力量子化的全面深刻资料。国内外共同发表论文140余篇，被引用数十次，指导和参予出版创新型学术著作8部。 邵常贵教授的系列丛书： |
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