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空间和物质其实是一体的东西,该如何理解这句话?

 人老颠东 2022-11-26 发布于安徽

要理解物质与空间(应该说是“时空”)本质上的一体性,我们需要理解这两个问题:1)能量与质量的一体性;2)能量或者质量与时空的一体性;

能量与质量的一体性

我们要首先理解能量与质量本质的一体性,这个从爱因斯坦的质能方程就可以简单直白地理解清楚。

E=mc^2,其含义个人解读为将质量在时空(单位时间面积内覆盖的空间面积)中展开,就是能量。或者说质量就是单位时空横截面上的能量密度图片

能量或者质量与时空的一体性

从引力在广义相对论当中的概念可以最容易理解能量与时空的一体性。广义相对论认为引力是时空的一种几何扭曲,而引力波就是这种扭曲的能量向外传递而产生的能量输出。例如一次大型黑洞碰撞的事件就会将(数倍于太阳质量)质量转换为引力波能量向外辐射。引力波就是时空本身的几何扭曲传递能量的最容易理解的一个例证。而电磁波辐射则可以类比被认为是时空的另一种波动形式(我们必须首先理解化学能、碰撞、摩擦等现象都是以电磁能传递能量的现象),同理可以解释弱力(电磁力和弱力已经在理论上统一为电弱力了),最后就剩下一个目前我们不那么了解的强力,估计也可以理解为某种时空的波动形式。但根据超弦理论,估计除引力之外的其他力并不只是在我们所能够观察到时空维度上波动,可能是在其他蜷缩维度上的波动。这种波动与超弦理论的弦的“振动”异曲同工。

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上图:弦理论诞生记(漫画)

总之,能量可以被认为是时空的“涟漪”(无论在哪个维度上)。而质量,从时空几何意义上来说,可能是时空多维度几何“强力蜷缩”而成的相对稳定的高密度能量系统。能量受到一定的壁障的限制,被“暂时圈禁”在特定的时空局域内,因而形成了可以静态观测的质量——质量可以从惯性引力两个方面来独立观察,并且他们之间等效。

从长远来看,质量是不稳定的,大多数质量形式是会衰变并释放能量的,到最后就剩下“质子”和“电子”这两种超稳定的有质量的费米子。根据实验估算,电子的平均寿命下限大约是6.6×10^28年(置信水平为90%);而质子衰变为反μ子和中性π介子的平均寿命下限为6.6×10^33年,衰变为正电子和中性π介子的平均寿命下限为8.2×10^33年。所以质量衰变成能量是必然,这似乎是热力学第二定律(熵增)在更微观层面的体现

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上图:把最微观的粒子解释为在多个维度上振动的带能量的弦最终体现了物质与时空的一体性

总结

理解了上述这些一体性,那么物质与时空的一体性也就迎刃而解。但需要注意的是,可能这种一体性不能局限在只有四个维度的时空上,而应该考虑包含了更高的蜷缩维度的多维时空(根据弦理论的数学模型可能高达11维)。但关于弦理论的速成可以参考下面的画报,因为超出本问题的范围,就不再描述了。

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