谈四维空时

刘文浩

【摘 要】同时性是相对的，四维空时的时间一维有一定长度的物理量，可以分前后，因而时间一维分为前后两层。新事物不是来自没有物质的未来，主要是来自四维空时的内层；旧事物也没有留在没有物质的过去，主要是以其它形态回到了四维空时的内层。

【关键词】四维；引力；现在

1 宇宙是四维的

爱因斯坦提出的宇宙模型有三个要点，即静态、有限及无界。

对于宇宙无界，比较好理解。以三维空间里的任何一点为中心，无论向什么方向进发，其前程都是无限远。它没有边界。

既然三维空间没有界，那为什么说宇宙是有限的呢？这是因为宇宙是四维的，三维空间没有界，但时间一维却有限。

为了便于理解，我们从“现在”说起。

时间由过去、现在、未来构成的连续不断的系统表现出来。对过去与未来，人们都知道二者的量是无限的，那么，在过去与未来之间有没有现在呢？现在有没有量呢？

如果说现在没有一定的量，那么也就没有现在。因为质与量是不可分的。应该说，现在有一定的量。在过去与未来之间有现在。现在并不是隔开过去与未来的一张无形的纸，它是新旧事物转化的过程。空间与时间统一为四维连续区的关键就在于：现在有一定的量。现在的量也就是时间一维的量。

根据相对论，在同一时间发生在宇宙不同地点的两事件，其同时性是相对的。两事件虽是在同一时间发生的，但这同一时间仍有一定的量，有一定的长度，所以仍可以分先后，也就可以分内外层。如果承认宇宙是四维的，那就应该承认时间一维有一定的物理量。

既然时间一维有一定的物理量，也就有一定的范围，有一定的限度，或者说限界。此限界分前后两个。前面的限界是现在与未来交界的地方，后面的限界是现在与过去交界的地方。这两个限界就是时间一维的两外层，两外层之间是内层。这就像一枚无限大的硬币有两个面。

宇宙间的物体之所以大多呈圆形，原因就在于物体的运动不能超出这两个面，星球的某些部分总要以某种角度触及到这两个面。

虽然人们所处的宇宙是四维的，但人们总感到似乎宇宙是三维的。这是因为四维空时中时间一维的外层展现事物的性质及物理量，而其内层难以展现事物的性质及物理量。

至于为什么说宇宙是静态的，那是因为既物质不灭，也物质不生，且物质在时间一维内的运动是旋转运动，所以从整体上讲宇宙是静态的。

宇宙间生生灭灭的是具体的事物。宇宙是不断发展的，不断有旧事物消失，也不断有新事物产生。那么，旧事物到哪里去了？新事物从何而来？

宇宙过去的时间是无限的，过去的一切事物先后都已消失，旧事物留在过去了没有？没有。过去已经没有物质了，已经成了0。那么，旧事物究竟哪里去了呢？

旧事物变为其他形式留在了四维空时内。因为四维空时的外层被新事物所占，所以，原旧事物的物质主要是留在了四维空时的内层。

宇宙未来的时间也是无限的，未来将先后出现无限多的事物。但是，未来只是物质未来的存在形式，现在那里还没有物质。在没有物质的地方，能产生新事物吗？不可能。

新事物究竟从哪里来呢？只能来自四维空时中现有的物质本身。四维空时的外层的事物还在，因而新事物主要是来自四维空时的内层。

当然，旧事物要转化为新事物，这里要思考的是，当旧事物转化为新事物的一瞬间，二者是同时同地存在的。在二者转化的这一瞬间，新事物从何而来，旧事物到何处去？

新事物不是来自没有物质的未来，旧事物也没有留在没有物质的过去，四维空时的内层才是旧事物的归宿，才是新事物的出生地。

现在的物质就是物质的全部，现在的宇宙就是宇宙的全部。那么宇宙的过去与未来在哪里呢？

因为过去的原旧事物回到了四维空时的时间一维内，而未来的新事物要从四维空时的时间一维内产生，所以，从这个意义上讲，宇宙的过去与未来是在四维空时的时间一维之内。

时间一维的外层就是“现在”，其内层是旧事物的归宿及新事物的出生地。从这个意义上讲，时间一维的内层是“过去”与“未来”的藏身之地。

宇宙是不是不断地向未来前进呢？诚然，从以秒、分、小时来计算的时间来说，是这样的。但从以厘米、米来计算的时间来说，宇宙的位置基本不动，只是作旋转运动。事物的发展过程是：新事物产生后，它逐步变为旧事物，最终成为过去，这是向着过去的方向走；而在四维空时的内部，原旧事物的物质却是向着未来的方向转化的。这正是宇宙中的星体都作旋转运动的原因。

当旧事物正在变为新事物时，新旧两事物是在同时同地共处在一起，那么二者是怎么共处的呢？古典物理学认为三维空间是绝对的，在同时同地不能存在两个事物。只有在四维空时里，时间一维有一定的量，可以分前后，新旧两事物才可以在同时同地分前后共处在一起。前面的是外层，是台前；后面的是内层，是幕后。电子等高速运动的事物不会在同时同地共处在一起，它们变为新事物的方式也不同。

宇宙总的发展过程不是由没有物质的未来转化为现在，再由现在转化为没有物质的过去。新旧事物交替的过程是：旧事物消失，进入时间一维的内层；在内层，过去原旧事物的物质向着未来的新事物转化；新事物进入时间一维的外层，经现在再成为旧事物。

2 两种不同的时间

四维空时的时间与人们平时所说的时间是不同的。

宇宙是四维的，四维空时是不可分割的，这与三维空间不可分割一样。离开了三维的体，二维的面不可能单独存在，离开了二维的面一维的线也不可能单独存在。同样，离开了四维空时，或者说离开了时间一维，三维的体也不能单独存在。

这里所说的时间并不是仅仅以秒、分、小时来计算的时间，而是以厘米、米等来计算的时间。这样的时间与长、宽、高完全一样，都是物质的，其量是物理量。长、宽、高是物质的，其量是物理量；同样，时间也是物质的，其量也是物理量。

假如没有以厘米等来计算的时间，仅仅有以秒、分、小时来计算的时间，那么，一秒物质是多少？一秒时间能与一立方厘米的物质统一成为四维空时吗？一立方厘米的物质是看得见摸得到的，其量是物理量。而一秒时间是看不见、摸不到的。这种看不见摸不到的量是物理量吗？

秒、分、小时等只是物质运动发展持续时间的量度，并不是物质本身多少的量度。只有以厘米等来计算的时间才能与以立方厘米等来计算的三维空间统一成四维空时。

在四维空时里，空间三维是主要的。新旧两事物在同时同地共处在一起，这就决定了宇宙必定有时间一维，必定是四维空时。

还应指出，四维空时是可以认识的。人们感觉到的宇宙实际上是四维的，这也包括了时间一维，但是人们感到宇宙似乎是三维的。为什么呢？其原因是：一，时间一维极短；二，时间一维内部的物质是弯曲的，且大多物体运动的速度极快。

时间一维极短，它包括无穷小及接近无穷小。时间一维虽然极短，但不能仅仅是无穷小，因为无穷小是不能单独存在的。人们认识无穷小与认识无穷大类似。人们对无穷大的认识只能通过有穷或者说有穷大来认识；反过来说，人们对无穷小的认识只能通过有穷或者说有穷小来认识。

因为时间一维极短，要认识它需要借助仪器。这就像人们认识细菌一样，需要借助仪器来认识它。

3 四维是相互垂直的

三维空间分为相互垂直的长、宽、高三维，时间一维与这三维方向都不同，与长、宽、高都相互垂直。空间三维的长度都是无限长，而时间一维的长度却只是无穷小与接近无穷小。

任何事物及其运动都处在四维空时之中。但地球上的物质的弯曲度微不足道，大多数运动是低速运动，低速运动的事物在时间一维内部所走的距离也是微不足道的。而当事物的运动成为高速运动时，它就会明显地由在三维空间中运动转而深入到四维空时内部运动。这里所说的高速运动是指光速及与光速相当的速度。因为四维是相互垂直的，所以，当事物由在三维空间中运动转而进入到四维空时内部运动时，其运动轨迹变得弯曲了。由于时空弯曲，光也会偏离原来的方向。

为什么会出现这种现象呢？

在四维宇宙中，四维都相互垂直。当某物体作直线运动时，空间三维本身也在沿时间一维的方向前进，即沿着与此物体所作的直线运动垂直的方向运动，因而必然发生弯曲。

比如说，在一条东西向的笔直的公路上，一辆汽车由东向西直线前进，它不左也不右，本应该说它的行进轨迹是不弯曲的，但是因为道路是由低向高逐步升起的，所以该汽车的行进轨迹还是弯曲的。

进一步说，某物体在三维空间里作直线运动，它不左也不右，不上也不下，本应该说它的运动轨迹是不弯曲的，但其运动要随着时间的前进而前进，而这一运动方向与在三维空间里所作的直线运动的方向是垂直的，所以其轨迹必然弯曲。

既然道路本身在朝着与自身垂直的方向移动，物体在此道路上所作的直线运动岂能不弯曲。

虽然四维相互垂直，但并不是说从某一维引向另一维的任何直线都与对方呈九十度。譬如，在平面几何的长方形中，从宽上的一点引向长的线段，可以引无数条，它们与长所形成的角不可能是相同的。由于物体运动方向不同，所以有些物体运动的轨迹其弯曲度可能更大，有可能大到使光线也不能从恒星逃离。

物质的运动方向也就是时间前进的方向。物体之所以沿着短程线作曲线运动，是因为它只能在有物质的地方运动，只能随着物质的运动而运动，也可以说只能随着时间前进的方向前进。

物体不可能到没有物质的地方去运动。时间不断前进，过去的时间已经不存在了，已经没有物质了，运动的物体已经不能在原来时间的物质里运动了，它只能在现在的物质里运动。这是唯一有物质的道路。

等效原理认为重力场与以适当加速度运动的参考系是等价的。物质及物质的运动决定宇宙的一切。从总体上说，是物质的运动决定引力。

时间的前进并不仅仅是一秒一秒地增加，同时物质的位置也不断旋转前进。物质沿着由未来向现在，再向过去的方向前进，然后过去的原旧事物的物质再向未来的方向转化。一切物体都要随物质整体的旋转前进而旋转前进。物质在时间一维里的运动是引力的总根源。

[责任编辑：汤静]