時空間管理全面概述

空間、時間是什么？別人在很小的時候就已經(jīng)搞清楚了，而我的智力發(fā)育遲，長大了也未搞清楚，于是，我一直揣摩這個問題。結果就比別人鉆得深一些。

——愛因斯坦第二章第二節(jié)時空觀MAKESIZHUYIZHEXUEYUANLIDIERZHANGDIERJIESHIKONGGUAN

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時間和空間是物質的存在形式。時間是其持續(xù)性、前后相繼的順序性；空間是其廣延性、伸張性和與它事物的距離等。（一）

時間、空間概念

二時空觀及其革命時空概念（二章二節(jié)）

2空間的特點是它的三維性

指的是任何現(xiàn)實的存在都只能在三個方向上體現(xiàn)自己的廣延、伸張和與它事物的距離。3時間的唯一特性是它的一維性時間只有一個方向。這是由于物質運動不可能完全等同地重復。因而又稱“不可逆性”或“一去不復返性”。時空概念

4時間空間與物質運動不可分割面對一個小孩子，你能把他的年齡、形體從他身上“剝離”下來嗎？要理解一個具體事物有自己的時空性質并不難。困難在于理解沒有絕對獨立的時、空。即沒有什么事情發(fā)生而“白白流逝”的時間和沒有事物的“空框子”。這方面的論證我們放在稍后再討論。時空概念5客觀性對時、空的客觀性的理解和對運動客觀性的理解一樣即：時間、空間并非“獨立實在”的客體，它們的客觀性是作為物質的存在形式而被物質所賦予的。時空概念

6有限性與無限性可表述為：具體事物、現(xiàn)象有開端和結束、有形狀和邊沿，因而是有限的。而作為物質存在形式的時間和空間是無限的，無始無終，無邊無際。時空概念如果時間有開端和結束，那么，開端以前是什么？結束以后是什么？如果空間有邊際，那么。邊際之外是什么？時空概念因此，現(xiàn)實的時間和空間，只能是無限的。只能是：彼岸世界、上帝。可用反證法來證明：（二）時空觀的歷史發(fā)展

可以這樣表述：時空觀是人們對于時間、空間的看法或觀點的總稱。包括：對時空的認識（科學的或經(jīng)驗的）、理解（理智的或直觀的）和期望。1時空觀時空觀時空觀是最通俗、最經(jīng)常的日常觀念之一。時空觀在日常生活中，人們的這種觀念已表現(xiàn)為各種稀松平常的“生活習慣”。1

當我們說：“這個雞蛋真大”、“這個西瓜太小”時，決不會真的以為雞蛋會比西瓜大。

早晨，特別是嚴寒冬天，起床號吹響：“今夜怎么這么短，我才剛剛睡下”。時空觀第四節(jié)課，肚肚子餓了：““這節(jié)課怎么么這么長”。。一一位位60歲的老老人感嘆道：：“三十八年年過去，彈指指一揮間”；；而如果對一一位八歲的孩孩子說：“你你都這么大了了，只差十幾幾年就要結婚婚了?！彼苣芾斫鈫?？時空觀都知道刷一次次牙可能要用用幾分鐘而決決不會一上午午，吃一頓飯飯可能吃幾小小時決不會一一個禮拜；電電影、、電視中的““好人”被押押上刑場，劊劊子手已舉起起屠刀即將砍砍下的一剎那那，一定會有有一個暗器正正好打在舉起起屠刀的那只只手上；日本本鬼子對群眾眾架起機槍，，就要扣動扳扳機的一瞬間間：一定要要有一個聲音音響起：“住住手，我就是是你們要找的的八路軍”。。時空觀一定的時空觀觀是人們理解解世界的“框框架”，體現(xiàn)現(xiàn)了他的胸襟襟和眼界。都知道：“站站得高才能看看得遠”，生生活的狹窄造造成胸襟的狹狹隘。“井底底之蛙”這口口井便是它的的全部世界。。春春生夏死的蟬蟬不明白冬天天，朝生暮死死的蜉蝣不理理解黑夜。古古人說：“曾曾經(jīng)滄海難為為水”。時空觀2相傳有一個人人跟鄰居爭執(zhí)執(zhí)一尺房基地地，老母親寫寫一封信給城城里當宰相的的兒子，希望望他來“壓””一下鄰居。。時空觀兒子回信卻說說：“讓他三三尺又何妨？？”一定的時空觀觀是人們暴露露和表達自己己心靈的“窗窗口”。有的人，生活活在理想的未未來，現(xiàn)實總總使他牢騷滿滿腹。有的人，向后后看，生活在在舊日的輝煌煌和陳芝麻爛爛谷子的恩怨怨之中；有的人，只生生活在腳下一一灘爛泥之中中。時空觀3歷史學家的眼眼光在縱覽千千年上下，天天文學家的眼眼界以光年計計；政客的眼眼光盯著自己己上方的權力力的寶座；庸庸人的眼光只只在自己的鼻鼻尖。時空觀在我們的先祖祖那里，時、、空與實際事事物緊密聯(lián)系系。例如：“二指寬”、、“五十步””、“頭發(fā)絲絲那么細”、、“一頓飯飯功夫”、““一眨眼間””、“下次月月園”、“樹樹葉又黃了三三次”、“燕燕子飛來”。。魯迅先生寫小小說《采薇》》時，用：““大約烙幾張張餅的功夫””來描述時時間。時空觀/古代2古代樸素的時時空觀我國先哲，猜猜測到了時空空的無限。“天地四方為為宇，古往今今來為宙”。?！耙怀咧N，，日取其半，，乃世不竭。?！薄坝惺际家舱哒?，有有未始始有始始也者者，有有未始始有夫夫未始始也者者，有有有也也者，，有無無也者者，有有未始始有無無也者者，有有未始始有夫夫未始始有無無也者者---””（莊莊子··齊齊物物論））時空觀/古代隨著人人們相相互交交往的的經(jīng)常常和擴擴展，，需要要一些些共同同的““標準準”，，于是是，人人們約約定了了一些些測度度時間間和空空間的的“尺尺度””和““標準準”，，如：：兩兩手伸伸開———一一碼，，兩兩手對對起來來———一呎呎““一箭箭之地地”，，“一一炷香香功夫夫”，，太陽陽當頂頂是““午時時”，，晝夜夜相交交之中中是““子時時”，，一個個月按按月亮亮的盈盈虧分分為““晦””、““望””若干干日等等等。。時空觀/古代以后，，標準準日愈愈完善善和準準確，，漸漸漸取代代了事事物本本身的的地位位，就就好像像一個個人的的影子子取代代了主主人的的地位位，人人倒成成了影影子的的附屬屬一樣樣。時空觀/歷史3近代形形而上上學絕絕對時時空觀觀我們現(xiàn)現(xiàn)在生生活在在一個個高度度標準準化的的時代，標標準化化已成成為我我們生生活中中的習習慣，，熟悉到忘忘記的的程度度。全球分分為24個個時區(qū)區(qū)，人人們在在可以以用相相互簡簡單換換算的的“東東京””、““格林林威治治”、、““紐約約”、、“北北京””時間間來旅旅行、、通訊訊、生生產(chǎn)、、作息息-----時空觀/近代中國生生產(chǎn)的的車箱箱，日日本生生產(chǎn)的的鐵軌軌，歐歐洲生生產(chǎn)的的車頭頭，由由美國國人在在非洲洲組裝裝，火火車就就能飛飛駛。。買買來遙遙遠美美洲生生產(chǎn)的的電器器，不不用耽耽心插插不上上家里里的插插座。。市市場上上到處處充斥斥著““進口口零件件，國國內組組裝””的產(chǎn)產(chǎn)品。。如如果有有朋友友自洛洛杉磯磯飛來來，查查詢班班機時時刻表表，就就能準準時去去機場場接機機。時空觀/近代時間象象一個個均勻勻流逝逝的““帶子子”，，與事事件過過程本本身性性質無無關，，各種種事物物和過過程，，只不不過在在這““帶子子”上上打下下“印印記””而已已?？湛臻g好好比一一個““箱子子”。。放進進東西西或取取走東東西，，箱子子依然然存在在。先先祖?zhèn)儌兊臉銟闼貢r時空觀觀完全全被拋拋棄了了，時間、、空間間與事事物及及過程程完全全割裂裂。這就是是“絕對對時空空觀””，又又稱““牛頓頓時空空觀””。這樣，，人們們逐漸漸形成成了這這樣的的時空空觀：：時空觀/近代牛頓時時空觀觀在理理解和和處理理日常常生活活是沒沒有疑疑義的的。在在解決決地地地球上上我們們通常常認為為的““科學學”的的和““技術術”的的問題題時，，有廣廣泛的的普適適性，，而且且已經(jīng)經(jīng)很精精確。。但是是，用用來說說明整整個世世界的的根本本問題題卻行行不通通。就就如高高速飛飛行的的飛機機里，，機艙艙壁上上圍著著一塊塊污跡跡爬行行的蒼蒼蠅用用它的的經(jīng)驗驗來解解釋飛飛機的的運動動一樣樣。時空觀/近代要解除除絕對對時空空觀的的思想想禁錮錮需要要科學學材料料。在在馬克克思的的時代代，雖雖然提提出了了辯證證時空空觀的的原理理，但但尚找找不到到科學學依據(jù)據(jù)，因因為那那時候候科學學的眼眼界還還停留留在地地球上上尋常常事物物中。。哲學學作好好準備備，耐耐心地地等待待著科科學的的發(fā)展展。時空觀/近代（三））愛愛因斯斯坦相相對論論和時時空觀觀念革革命科學事事實終終于出出現(xiàn)了了。即即本世世紀初初的愛愛因斯斯坦相相對論論。這這是一一場震震撼人人心的的科學學革命命事件件，引引起了了一場場深刻刻而徹徹底的的觀念念革命命?！?】狹義相相對論論（1905年））1905年年6月月發(fā)表表在德德國《《物理理學雜雜志》》上的的一篇篇論文文《論動動體的的電動動力學學》。文章章只有有幾頁頁，既既沒有有文獻獻引證證，又又沒有有權威威著作作的援援引，，一開開始便便單刀刀直入入地提提出絕絕對靜靜止是是不可可能成成立的的。接接著，，提出出光速速不變變公設設，論論證““同時時性””沒有有意義義，和和他著著名的的變換換方程程。這這就是是后人人所稱稱“狹狹義相相對論論”。。同年年9月月，發(fā)發(fā)表《物體體慣性性同它它所含含的能能量有有關嗎嗎》一文。。只有有三頁頁，文文中推推導出出著名名的質質能相相關式式E=mc2.。物體體的質質量是是能量量的量量度，，輕而而易舉舉地開開辟了了新的的能源源———原子子能。。當年年愛因因斯坦坦26歲。。是瑞瑞士小小城伯伯爾尼尼專利利局的的一個個小職職員。。狹義相對論據(jù)說，，愛因因斯坦坦還是是一個個十四四歲歲的中中學生生時，，一次次突然然想象象，如如果自自己乘乘坐一一列火火車追追著一一束光光前進進，會會看到到什么么？答案是是：會會看到到光不不再是是一束束“光光線””，而而是原原地振振動的的點。。這就就是著著名的的“追光光詳謬謬”。狹義相對論“追光光詳謬謬”其其實是是一種種參照系系的變換。。靜止止參照照系變變?yōu)檫\運動參參照系系，觀觀測者者“參參與””運運動之之中。。可以拿生生活中常常見的事事打比方方。如果果我們站站在鐵軌軌旁，看看到火車車有如一一條線從從眼前開開過。而而如果我我們坐在在火車里里，就只只感到顛顛簸和搖搖晃。我我們生活活在地球球上，不不感到它它在運動動，而如如果在月月球上看看，會看看到地球球在飛快快旋轉（（1100m/秒）。。如果站站在太陽陽上看，，會看到到地球在在飛快地地奔馳（（3000m/秒）。。狹義相對論我們過去去熟知的的非常權權威的測測量標準和方法法，實際際上只適適用于地地球上大大物體的的低速運運動。但但我們卻卻以為這這就是一一切運動動的規(guī)則則。狹義相對論tˊ＝β(t±v/c2x),βˊ＝β(x－vt)x,yˊ＝y(tǒng),zˊ＝z.（縮小因子）β＝1/√1-(v/c)2下面，我我們將愛因因斯坦的計算公公式簡化，簡單單計算一一下：而當v相相當大，，大到接接近于光光速c時時：這就是“尺縮效應應”和“鐘慢效效應”。當然，，這種效效應僅相相對靜止止參照系系而言，，在運動動中，時時間和空空間的感感覺依然然如常。。VtT（小時）I0（m）L(m)0.9c1小時2.29410.4360.98c1小時5.02510.1990.99c1小時7.0910.141狹義相對論這種效應應當然引引起了人人們的無無窮想象：如如果有一一對雙胞胞胎兄弟弟，在他他們20歲那年年，其中中一個兄兄弟乘坐坐速度為為0.99c的火箭箭遨游太太空，而而另一位位兄弟留留在地球球上，一一年以后后，那位位21歲歲的太空空游子返返回地球球，會發(fā)發(fā)現(xiàn)自己己的同齡齡兄弟已已是74歲的老老翁了。。這就是是人稱““雙胞胎詳詳謬”的想象象。狹義相對論狹義相對對論的觀觀念革革命意義義在于：：⑴將時時、空的的測量標標準和方方式與實實際事物物的時、、空性質質區(qū)分開開來。打破了過過去以為為測量就就是時空空本身的的誤解，，“影子子就是影影子”，，“地圖圖絕不是是領土””。狹義相對論⑵打破了絕絕對時空空觀對人人們長達達數(shù)百年年的統(tǒng)治治，為辯證時時空觀提提供了科科學依據(jù)據(jù)。⑶使牛牛頓的理理論成為為非常有有限范圍圍內的特特殊理論論，打破了長長期以來來對人們們思想的的禁錮。。狹義相對論【2】廣廣義相對對論（1915）狹義相對對論完成成后，愛愛因斯坦坦基于把把相對性性原理貫貫徹到底底的信念念和哲學學認識論論的原則則，又向向廣義相相對論進進軍。經(jīng)經(jīng)過10年的的探索，，在狹義義相對論論的基礎礎上，加加上引力力場作用用，1915年年11月月，愛因因斯坦完完成了他他的論文文《廣義義相對論論的基礎礎》，同同時，解解決了長長期困擾擾物理學學界的勒勒維烈水水星近日日點運動動。廣義相對論從此圖開開始以下下三張背背景為現(xiàn)現(xiàn)代數(shù)學學“混沌沌學”的的計算機機繪制圖圖形在《廣義義相對論論》一文文中，愛愛因斯坦坦的思想想已爐火火純青，，理論范范圍極大大，概念念十分清清晰，對對所有參參照系都都適用。。經(jīng)典的的守恒定定律失去去了原有有的意義義，僅僅僅成了一一些恒等等式，過過去曾權權威的引引力對物物體運動動的影響響失去了了意義。。時空與與物質密密切相關關，是運運動著的的物質存存在的方方式。“空間、、時間未未必能被被看作是是一種可可以離開開物理實實在的實實際客體體而獨立立存在的的東西。。物理客客體不是是在空間間之中，，而是這這些客體體有著空空間的廣廣延?！薄睆氐椎胤穹穸伺ＥｎD的絕絕對時空空觀。廣義相對論廣義相對對論因很很快得到到科學的的證實而而引起轟轟動，愛愛因斯坦坦提出的的若干假假說令人人瞠目結結舌。數(shù)數(shù)十年來來，它們們一一被被科學觀觀測所證證實。至至今天，，還未發(fā)發(fā)現(xiàn)一例例與之不不相符的的觀測?！，F(xiàn)列如如下：廣義相對論1）紅移移現(xiàn)象假假說愛因斯坦坦預言：：由于引力力場的作作用，大大質量星星球的光光譜線會會移向光光譜紅端端，即光光的引力力頻移。。1924年，亞亞當斯（（W?Adams）對對天狼星星伴星的的觀察，，1923年——1928年五五年中持持續(xù)不斷斷地對太太陽表面面Fe、、Ti、Cu光譜譜觀測，，與預言言相符。。1958年穆穆斯保爾爾（R??L??MossBauer））效應發(fā)發(fā)現(xiàn)后，，實驗室室中利用用γ射線線實驗也也與預言言相符。。廣義相對論2）恒星星位置假假說愛因斯坦坦預言，由于引引力作用用，光線線實際上上是彎曲曲的，因因此，我我們平時時觀測到到的恒星星位置是是有誤差差的。大大約在1.74″。。為了證實實這一預預言，德德國曾在在1914年組組織考察察隊前往往俄國克克里木半半島，準準備在全全日食情情況下進進行觀測測。恰逢逢第一次次世界大大戰(zhàn)爆發(fā)發(fā)，考察察隊人員員全部被被俄國作作為戰(zhàn)俘俘扣留，，至使這這次觀測測未能進進行。廣義相對論1919年，英英國皇家家學會組組織了兩兩支科科學考察察隊，一一支前往往西非北北部的索索布拉爾爾，一支支前往西西非幾內內亞灣的的普林西西比島后后一支考考察隊由由著名天天文學家家愛丁頓頓（ArthurStanleyEddington1882-1944）率率領。普普林西比比的結果果是1.61±±0.30''，索布布拉爾的的結果是是1.98±0.12'',在誤誤差允許許范圍內內與預言言1.74''相符符合。以以后，在在1954、1957年的考考察與預預言完全全符合。。廣義相對論3）地球球引力場場強度假假說根據(jù)廣義義相對論論計算，，地球的引引力場強強度是不不均勻的的，近中中心者強強度大，，隨距離離拉開逐逐漸減弱弱，這種種強度差差異，會會使得時時鐘快慢慢發(fā)生差差異。依據(jù)這個個計算，，1960年，，龐德和和雷布卡卡作了一一個實驗驗，在距距海平面面22.6m的的塔頂和和塔底各各置一鈉鈉鐘，測測出其快快慢差為為2.5×10-15秒，與預預言完全全符合。。廣義相對論4）引力力波假說說1974-1978五五年間對對PSR1913+16雙星星觀測，，該雙星星質量大大，體積積小，密密度極大大，軌道道周期僅僅8小時時。其中中之一為為脈沖星星，脈沖沖星周期期59毫毫秒，每每周期減減少萬億億分之三三（3××10-13），近五五年上億億次觀測測記載，，參數(shù)精精度達百百億分之之一（10-11）觀測結結果與預預言完全全相符。。廣義相對論5）黑洞洞假說廣義相對論廣義相對對論開始始并不為為大多數(shù)數(shù)人所理理解。相傳一次次皇家學學會的聚聚會上，，人們都都說，世世界上只只有三個個人懂廣廣義相對對論。除除了愛因因斯坦，，他的老老師閔可可夫斯基基，人們們認為第第三個人人當然是是愛丁頓頓了。可可是，愛愛丁頓卻卻說：““我也在在想，這這第三個個人是誰誰？”廣義相對論學者們大大多不懂懂廣義相相對論，，主要原原因是愛因因斯坦使使用了當當時鮮為為人知的的黎曼幾何何，張量量計算，，絕對微微分等數(shù)學方方法，使用克里里斯多夫夫符號，，閔可夫夫斯基（（HermammMinkowski1864-1909）四維維時空統(tǒng)統(tǒng)。從而，愛愛因斯坦坦促進了了一門新新的學科科——非歐幾何何學的發(fā)展。。非歐幾何現(xiàn)在，人人們都知知道非歐歐幾何與與愛因斯斯坦的關關系。其其實，在在愛因斯斯坦以前前，非歐歐幾何就就悄悄地地產(chǎn)生了了，只是是由于派派不上什什么用場場，一直直停留在在“純數(shù)數(shù)學”領領域而鮮鮮為人知知。似乎乎數(shù)學家家們默默默地為在在為廣義義相對論論準備數(shù)數(shù)學工具具。非歐幾何廣義相對對論發(fā)表表后，愛愛因斯坦坦又在非非歐幾何何學方面面做出了了杰出的的貢獻，，作為非非歐幾何何創(chuàng)始人人之一被被載入史史冊。非歐幾何【3】非非歐幾何何簡介非歐幾何何最開始始是幾位位數(shù)學家家分別獨獨自研究究的幾種種幾何學學，他們們是：高斯（1778-1855）），N·T·洛洛巴切夫夫斯基（（1793-1856），黎曼（1828-1866））等。最早以完完整形式式發(fā)表在在1833年。。（高斯斯）非歐幾何非歐幾何何實際應應稱為““微分幾幾何”或或“非正正則幾何何”。因因為其與與傳統(tǒng)的的歐幾里里德幾何何學不同同而被俗俗稱為““非歐幾幾何”。。在我們們熟知的的歐氏幾幾何中的的基本概概念如：：點、線線、面，，在非歐歐幾何中中沒有這這種概念念，相當當于這些些概念的的是“未未下定義義的物質質形體””。如黎黎曼幾何何中的““流形””。其中中，既有有物質的的廣延，，又包含含時間。。非歐幾何黎曼流形形歐氏幾何何中極重重要的““對稱性性”、““全等性性”、““不變的的角”非非歐幾何何中沒有有這樣的的概念，，相當?shù)牡氖恰熬志植壳事省毙再|質，即““非正則則”性質質。非歐幾何在計算上上，主要要是微分分、拓樸樸，甚至至“絕對對微分法法”即沒沒有固定定坐標的的微分系系統(tǒng)。非非歐幾何何門類很很多，這這里簡單單介紹兩兩種，即即洛巴切切夫斯基基幾何和和黎曼幾幾何。非歐幾何洛氏幾何何又被稱稱為“宇宇宙幾何何”。因因為它描描述的是是大尺度度空間，，又稱為為“內蘊蘊幾何””。其最最大特點點是“保保形性””。非歐幾何t非歐幾何L2洛氏平面面示意圖圖在黎曼幾幾何中，，任何一一個“黎黎曼流形形”都是是一個““張量場場”，其其中任何何一點都都具有四四個方向向上的性性質，這這是一種種“局部部坐標””性質的的幾何，，只能用用無統(tǒng)一一坐標的的“絕對對微分法法”計算算，因這這一性質質，又被被稱為““無坐標標幾何””或“無無定則幾幾何”。。非歐幾何自愛因斯斯坦后，，這些數(shù)數(shù)學形式式已有了了廣泛運運用，例例如我們們現(xiàn)在說說的什么么“宇宙宙爆炸””、“宇宇宙收縮縮”、““黑洞””、“脈脈沖星””、“白白矮星””等，都都是使用用這兩種種數(shù)學方方法和愛愛因斯坦坦公式計計算的結結果。非歐幾何非歐幾何非歐幾何何學把形形而上學學時空觀觀打得落落花流水水，閔可可夫斯基基1907年在在哥根延延數(shù)學學學會上的的報告說說：“從從現(xiàn)在起起，孤立立的空間間和孤立立的時間間注定要要消失為為影子，，只有兩兩者的統(tǒng)統(tǒng)一才能能保持獨獨立存在在?！睍r時間、、空間只只能是物物質的性性質和形形式，離離開是什什么物質質和物質質的實際際狀況，，時間、、空間沒沒有意義義。在在非非歐幾何何里，時時空不可可分割。。時空與與物質不不可分割割是基本本的原則則。非歐幾何愛因斯坦坦相對論論發(fā)表后后，特別別是二十十世紀六六十年代代以來，，不僅實實驗驗證證如雨后后春筍，，而且，，也成為為相對論論天體物物理學、、高能天天體物理理學和宇宇宙學的的理論基基礎。類類星體、、脈沖星星、致密密x射線線源、3K宇宙宙、微波波背景輻輻射、黑黑洞、引引力波等等等的發(fā)發(fā)現(xiàn)和探探測，宇宇宙大爆爆炸理論論和各種種宇宙模模型紛紛紛出現(xiàn)。。而且，，現(xiàn)在仍仍在發(fā)展展。相對論【4】相相對性——一一種現(xiàn)代代觀念愛因斯坦坦的相對對論出現(xiàn)現(xiàn)后，影影響遠遠遠超出了了物理學學的范疇疇，引起起了一場場深刻的的觀念革革命，這這就是相相對性觀觀念。相對性關于相對對性，愛愛因斯坦坦曾幽默默的比方方：當你你坐在一一個可愛愛的女孩孩子身邊邊時，一一小時像像一分鐘鐘那么短短；而當當你坐在在火爐上上時，一一分鐘就就像一小小時那么么長。相對性世界本身身是豐