绝对空间是绝对存在的吗,和相对空间有什么区别?

伤我心太深

　　绝对空间是绝对存在的吗?和相对空间有什么区别?本文将为大家分析一下绝对空间和相对空间的区别。绝对空间存在吗?我现在也不好说。我们先理解一下绝对空间和相对空间的区别。如果绝对空间真的存在，那么我们如何去证实。


　　绝对空间与相对空间的本质区别是什么?


　　长期以来物理学一直存在着这样的一个争议：空间到底是绝对的还是相对的?根据牛顿理论，空间是绝对的，根据爱因斯坦理论空间是相对的。那么，这两个理论哪个才是正确的呢?它们似乎都正确又都不正确。二者始终没有统一起来。不能统一起来的关键问题是这两种空间在本质上存在着不同。


　　首先，二者关于“空间”的定义是一致的。基本意思就是“宇宙中任何可以容纳实体物质的地方都可以被叫做空间”。“空间就是可以容纳实体物质的场所”。当然，如果那个场所比它所容纳的实体物质的尺寸更大，物体就可以在其中运动。所以，空间的基本概念就是“容纳物体存在与运动的场所”。在这一点上，“绝对空间”和“相对空间”是一致的。




　　那么，绝对空间与相对空间的本质区别是什么呢?其实，“绝对空间”所指的是一个“没有任何物理功能的纯场所”。这个空间除了是一个物体存在和运动的场所之外没有任何其他物理意义。而“相对空间”则不同。“相对空间”指的是一个“具有物理功能的‘场空间’”。我们知道，“场”是物理学中经常涉及到的一个物理存在。什么是场?简单地说，物理的“场”就是“具有物理功能的空间”。从这个简单的定义上就可以看出，物理场除了具有与绝对空间同样的“场所”意义以外，它比绝对空间多了“物理功能”。


　　所以说，“相对空间”实际上就是“物理场”。既然是场就一定有场源。而场源一定都是实体物质。每个实体物质都具有一个独立的质心。质心与质心是永远都不可能重叠在同一个空间点上的。这就导致了相对性的出现。A物体的质心仅仅是A物体的质心，相对于B物体而言就不是质心了。同样道理，如果A物体所产生出来的场是“场a”，B物体产生出来的场是“场b”。把这两个物体同时放在一起，就可以说A物体处于场b之中，B物体处于场a之中。每个场都是相对独立的。但是，在没有从“场”这个本质上对上述这类现象做出分析的情况下，人们就很容易会用“空间”的概念去代替“场”。估计爱因斯坦就是这样。于是就出现了“相对空间”这样的概念。单纯从“场所”这个立场出发，不涉及到物理功能的话，把“场”当成空间是可以的。但是，一旦涉及到物理功能，把场当成一个相对空间就很容易造成混乱。所以，我反对把“场”叫做“相对空间”。而应该明确地把它叫做“场”。只有这样才不会导致混乱。空间就是空间。如果把一个“场所”叫做空间的话，那个空间就应该是没有物理功能的。如果那个“空间”是有物理功能的，它就应该被叫做“场”，而不再是“空间”。否则，若是每个人都按自己的想法去用移花接木式的方法随意乱造概念，物理学的天下是不可能不大乱的。因此，以后还是不要再继续使用“相对空间”这样的概念了。真正的空间不可能是相对的。

　　其实，历史上类似的情况也发生过。可以借鉴。


　　关于自由落体运动的问题，亚里士多德认为“物体越重下落速度越快”。伽利略则认为，物体的重量与自由下落速度无关。这两个理论之间的不同是“空气”造成的。因为空气对下落物体来说也是具有物理功能的。


　　对比“空间理论”与“自由落体理论”，我们可以发现，亚里士多德的理论与相对空间理论是属于同一类的，都涉及到了某种物理功能的参与。从这一点上说，现代人完全可以把亚里士多德的理论叫做“自由落体运动相对论”。因为那个理论是相对于空气的存在而形成的。并且，在空气存在的环境下可以证明它是正确的。而伽利略的理论则与绝对空间理论是属于同一类的。是“理想化”了的理论。也就是排除了所有影响因素之后形成的理论。


　　然而，在现实世界中，“理想化”的实验是不可行的。在亚里士多德时代根本就没有真空环境可以做落体实验。伽利略的实验也是忽略了地球自转等影响因素的近似实验。理想化的结果都是纯理论的。但是，这种对纯理论的研究并不是没有意义的。相反，意义非常重大。它可以让人们从本质上看清一个事件的来龙去脉。


　　绝对空间也是如此。它只能是一个以理论形式存在的理想空间。我们在现实世界中根本就见不到绝对空间的影子。宇宙中的所有空间都早已被“场”充满。但是，如果不知道理想的绝对空间是什么，就不可能形成正确的科学理论。也就不能正确认识清楚“相对空间”的本质。


　　所以，科学研究总是把一个复杂事件分拆成复数个单一组件进行研究。这样就可以把复杂变简单了。从这一点上来看，我们还是应该坚持绝对空间的世界观。对那些所谓“相对空间”的物理现象则是应该从“场”的技术上去进行分析和解决。否则，用“空间是相对的”这种世界观只会把事情搞得越来越复杂和难解。至于现实中的那个与“相对空间”对应的“场”到底是什么，才是物理学家需要关注和仔细研究的问题。





　　绝对空间是否真实存在?该如何去证实?


　　绝对空间是否真实存在?该如何去证实?如果宇宙中的所有物质都瞬间消失，空间是否还会存在?艾萨克·牛顿的答案是肯定的。在牛顿的眼中，空间就像《星际迷航》里的全息甲板——一个三维的虚拟现实网络，上面投射有模拟的人和物。正如牛顿在其《原理》中所写：“绝对空间，就其本性而言，与外界任何事物无关，而且永远是相同的和不动的。”


　　这一理论在日常生活中颇具说服力。我向东走，你向西走，但邮局仍在原地不动：参照系保持不变。但与牛顿同时代的德国数学家和哲学家莱布尼茨不相信绝对空间这个观点，认为如果组成宇宙的众多物体都消失的话，空间就不再具有任何意义。事实上，如果将太空作为观察对象，莱布尼茨的理论会更站得住脚，因为在太空中，你能注意到的只有你和太阳的距离，以及彼此间相对运动的众多行星。莱布尼茨认为唯一合理的解释是，空间是“相对的”：空间只是你与其他物体间不断变化的距离以及其他物体彼此间的距离，并非“绝对现实”。


　　这与牛顿的看法恰恰相反。绝对空间的影响非常容易观察，牛顿也通过旋转水桶实验对其进行了证明。实验听上去很简单，但它引发了时至今日仍未停止的关于空间、时间、运动、加速度和力量的争论。


　　从原理上讲，牛顿要求人们想象被绳子吊着的一桶水。将水桶朝顺时针方向转动，绳子就开始被拧紧。放手后会发生什么?木桶会逆时针转动，先慢后快。与此同时，正如牛顿描述的，“水的表面会从中心下降，并在桶壁升高，就像一个漏斗一样”。一开始，木桶和水同时转动，最终，木桶转速变慢，并反方向转动;水的转速也放缓，水面逐渐归于水平。


　　高中生都学过的离心力与此实验有些关系，但到底是什么使水沿着桶壁升高呢?牛顿认为，它不是水相对于水桶的运动，因为当水转动最厉害时，水的表面变化最大，与水桶同步。当然，木桶和水相对于地球在转动，但这也不是答案，因为如果在太空中进行同样的实验，结果是一样的。


　　在牛顿看来，对水桶实验的唯一解释是，水相对于绝对空间在旋转。这也与惯性力有关，惯性力拒绝物体在运动速度和方向上的任何变化。当水桶和水转起来时，桶壁阻挡了水的直线运动，使其沿桶壁推升。


　　为什么物体本身具有惯性力?奥地利物理学家马赫相信，任何关于运动和惯性力的解释，包括水桶中水的运动，都与宇宙中其他的物质有关。在马赫看来，地球本身也是放大版的水桶：自数十亿年前太阳系形成后，地球就开始旋转，赤道也像旋转木桶中的水一样“突出来”。


　　如果地球停止自转，而它周围的行星和恒星围绕它转动，赤道还会突出来吗?


　　牛顿的回答是否定的：没有旋转，就没有突出。但是马赫认为答案取决于物体的惯性力从何而来。如果物体的惯性力是宇宙中众多物质产生的某种作用的结果，那么行星仍然会有突出，因为其他行星和恒星仍在它周围旋转。这便是马赫的相对理论：不止运动是相对的，惯性力也是物体和宇宙中其他物体之间的关系。如果马赫的观点是正确的，恒星和星系，或远或近，都在某种意义上塑造了地球的形状，以及水在牛顿水桶实验中的漏斗造型。但是马赫并没有说明那些遥远的恒星和星系如何发挥自己的作用，即使到了今天，答案仍然很不明朗。


　　年轻的爱因斯坦可能是马赫最忠实的读者，他努力将这一观点命名为马赫原理，并将这一原理与他的引力理论——广义相对论——相结合。


　　爱因斯坦理论的巨大成功是对牛顿绝对空间的最后一击。但是没有了绝对空间，我们仍要考虑如何解释牛顿的木桶实验。在其畅销书《宇宙的构造》中，物理学家布莱恩·格林指出，尽管爱因斯坦的理论排除了牛顿的绝对空间，但仍说明时空这一四维空间结构是绝对的。人们可能会在游行的持续时间或游行队伍间的距离上有分歧，但是在游行队伍的起点和终点之间的时空距离上没有分歧。这比较难以想象，因为我们不能同时看到四个维度，但爱因斯坦的理论公式可以证明这一点。


　　但是，这还不是格林对物质的最终论断。物理学家认为赋予粒子质量的希格斯场充斥整个宇宙。虽然爱因斯坦的时空可以作为测量加速度的参照系，但希格斯场有一点做得更好：它对任何通过它的物质产生阻力，这样就可以解释为什么物体一开始就具有惯性力。


　　还有一个想法来自亚利桑那州立大学的物理学家保罗·戴维斯。他指出，“空”的空间其实是亚原子粒子弹进或弹出而形成的一个短暂的沸腾的泡沫，并认为这种量子的“真空嬉闹”可以替代绝对空间。现在，由牛顿的水桶实验引发的有关空间和运动、质量和惯性力的观点仍在困扰着物理学家和哲学家。某种东西使水沿着桶壁上升，但它究竟是时空构造、希格斯场还是某种量子泡沫，仍有待观察。




　　宇宙源于一维?


　　粒子物理学现有的标准模型虽然可以解释绝大部分的宇宙，却在大爆炸后的高能状态下失效了。这是致命的问题。例如，标准模型始终无法解释为何宇宙在加速膨胀，而且也无法把宏观和微观物体的物理规律相连接。绝大多数理论物理学家认为，这种缺陷意味着高能状态产生了新的物理规律，可能包含了新粒子和额外的、不可见的空间维度。


　　布朗大学的物理学家格雷格·兰茨贝格和同事提出了使标准模型适用于高能情况的简单方法：让宇宙的维度消失。如果炙热的新生宇宙只有一维，随着它的扩张和冷却才获得更多的维度，那么一些物理学的顽疾就神奇地治愈了。兰茨贝格建议把这种维度减小的宇宙想象成手织的挂毯。这个挂毯描绘了三维世界的场景，人物和景观的透视与现实相同。但是如果向它靠近，会发现它越来越像一块二维的布。而在放大镜下看，才发现它其实是一根一维的线通过复杂的方式组合在一起的。