老度，已經貼在社區的帖子不能修改，我在網上找到下面那篇文章，恐老度漏過，就開了一個新貼，老度若看見此帖，請到我的博克討論。

為什麼“時空彎曲”的概念不容易理解？

馬海飛

(2014年11月27日)

“時空彎曲”的概念是愛因斯坦為了解釋萬有引力現象而提出來的。在愛因斯坦的心目中，時間與空間是一個整體，這個整體以四維形式存在。其中空間是三維的，時間是一維的。這個“時空”本來是平直的。但當天體級的大質量物體存在於其中時，就會導致這個時空產生彎曲。導致時空彎曲的過程很像是一個重球把平坦的彈性墊子壓迫凹陷下去的樣子。天體周圍時空的彎曲使得處於其中的物體按照時空彎曲程度所帶來的幾何效應運動。這個運動所反映出來的現象就是萬有引力現象。

用“時空彎曲”的概念解釋萬有引力現象似乎有一定的道理。但是，“時空彎曲”卻是一個令人難以理解的概念。首先，時間和空間並不具有同類的物理意義。時間反映的是過程，而空間反映的是狀態。把狀態與過程放在一起就好像把風馬牛放在一起一樣，是很難想象出得到的到底是個什麼東西的。

時間本身並不存在空間性。也就是說，我們是無法用丈量空間長度的尺子去測量時間的。今天，人們也許是在愛因斯坦四維時空的影響下製造出了“四維電影”和“五維電影”等等的概念。也就是在放三維立體電影的時候加入同時釋放出味道和座位上的動感效果等等來增加身臨其境的感覺。其實，味道和動感與三維的空間之間沒有任何物理聯繫。只是人為地把它們聯繫到了一起製造出了這些“四維”、“五維”之類的概念而已。實際上“四維時空”也是如此。所以說，在自然世界裡根本就不存在時間加空間形成的那種“四維時空”。既然不存在，當然就無法理解。

其實愛因斯坦自己也不能理解時空彎曲到底是怎麼一回事，否則他就不會用重球壓彈性墊子的例子來解釋時空彎曲了。眾所周知，重球壓在彈性墊子上形成的“彎曲形狀”是一個倒置的喇叭口狀。如果地球周圍的時空也是這樣彎曲的話，那麼喇叭口的方向應該朝向哪裡呢？愛因斯坦也說不清。因為時間與空間本來就不可能是一個整體，而且自然世界裡也根本就不存在“時空”這個東西。

顯而易見，愛因斯坦的“彎曲時空”是一個把“時間”和“空間”概念濫用在一起而人為製造出來的純抽象概念。就是因為這樣，任何人如果從時間和空間本來的基本概念上去理解時空彎曲的話，是永遠也無法理解的。因為空間本身只不過就是一個場所。時間就是一個衡量變化過程快慢的指標。怎麼可能彎曲？怎麼可能具有相對性？

至於三維空間中的“三維”，只不過是為了定量描述空間的最簡單（最少）幾何坐標數而已。 如果在空間裡存在一個彎曲的物體，這個物體的形狀完全可以用三條相交並相互垂直所形成的坐標系中表示出來。當然，如果有人想用多於三條坐標軸的坐標系，甚至使用彎曲坐標軸的坐標系來描述這個物體的形狀也不是不可以。但結果一定比用最簡單的三維坐標系複雜得多。因此，用三維來描述空間是最科學的。而科學的特點之一就是用最簡單的方法去解決同樣的問題。

時間也是如此。時間本來就是一個測定變化快慢的尺度。其功能也與三維空間坐標系中的坐標軸是一樣的。如果這個坐標軸是彎曲的，結果就會變得很複雜。

不僅如此，時間和空間本身並沒有任何物理功能。時間和空間並不會改變物體的運動狀態，也不會參與和影響任何物理過程。而愛因斯坦的彎曲時空卻可以讓在這個“時空”中的物體按照它的幾何形狀運動。

那麼，愛因斯坦用“彎曲時空”這個概念想要表達的那個東西到底是什麼呢？其實，那個東西既不是時間，也不是空間，更不是根本就不存在的“時空”，而是一個具有物理功能的“場”。這樣的“場”既具有物理功能，又可以容納其他物體存在於其中。因此它不但具有物理功能，而且還具有空間的性質。雖然“場”具有空間的性質，但“場”與“空間”卻有着完全不同的物理意義。其本質區別就在物理功能上。空間是不具有物理功能的。因此，如果像愛因斯坦那樣把“場”叫做“空間”的話，就很容易造成混亂。

此外，“空間”是一個沒有來源的原始存在。而“場”則不同。每個“場”都有它的場源。所以，一個場源攜帶的場對其他物體而言很容易被錯誤地當成是一個空間。例如，太陽的場對地球而言就很容易被作為是地球存在的空間對待。其實，因為有物理功能的太陽場把沒有功能的空間給充滿了，所以，雖然地球是同時存在於空間和太陽的場裡，但最後表現出物理功能的是太陽的場。在這種情況下，如果把場說成是空間的話就會導致混亂。又因為場是有來源的，因此，太陽有太陽的場，地球有地球的場。每個物體都有自己的場。所以，場不僅具有物理功能和空間的性質，而且還是“相對的”。所以，如果把“場”誤認為成是“空間”的話，那麼就會得出“空間是相對的”結論。這也是造成混亂的一個原因。

關於場的問題還要從物質的基本屬性說起。一般來說我們看到的物體都是物質的實體，而看不見物質的場。然而，物質實際上同時具有實體與場這兩種性質完全不同的基本屬性。所謂屬性就是與生俱來的性質。所以，任何物體，小到微觀粒子，大到宇宙天體，每個獨立的物體都是一個由實體與場組成的統一體。因此，地球有地球自己獨立的實體與場，太陽有太陽自己獨立的實體與場。這裡說的實體並不是指狹義的固體，而是指所有有質量並可以用一個質心來代表的物質。每個物體的實體與場都分享同一個質量中心（即質心）。而任何兩個物體的質心都是不可重疊在空間中同一點上的。每個物體所攜帶的場以該物體的質心為幾何中心形成一個球形場。但這個球形場的物理強度分布是不均勻的。它是以距離的平方反比呈球面形式分布的。因此，在物體實體之外，距離質心越近的地方場強度越大，距離質心越遠的地方場強度越弱。

只要知道了物質的實體與場這兩個基本屬性以及場的分布特點就不難理解，如果把“場”誤認為是“空間”的話，那麼這個“空間”肯定就變成是彎曲的了。當然，場的彎曲形狀絕不是愛因斯坦所描述的那種喇叭口形的彎曲，而是球面形的彎曲。這個場的物理功能是以場強度的分布規律決定的。太陽的場對太陽本身沒有明顯的物理功能是因為太陽的質心與它的場心在同一點上。太陽的場對地球有明顯的物理功能是因為地球的質心與太陽場的質心之間有距離。也就是場的不對稱性造成的。

那麼，場與時間又是什麼關係呢？上面講過，場的強度密度分布呈現距離平方反比規律。而這個場的物理功能正是對這個密度的反映。例如，在地球表面的不同高度上地球場的密度是距離地球表面越近強度越大。距離地球表面越遠場的強度越小。這個密度分布的物理功能可以通過自由落體運動反映出來。例如，在地球表面的不同高度，自由落體加速度是不同的。也就是說，在不同的高度上經過同樣距離自由下落所需要的時間是不一樣的。距離地球越近所需要的時間越短。距離地球越遠時間越長。因此，如果把一個固定的距離作為不變量來找出下落時間與不同高度之間的關係的話，得到的結果一定是“時間是彎曲的”。這是因為時間與高度之間並不是簡單的線性關係的緣故。

不僅如此，即使與質心的距離相同，但在地球的場裡與在太陽的場裡，物體的自由落體加速度也不相同。所以這樣“測到的時間”是跟着場的強度而變化的。“測到的時間”不同並不表示時間是可變的。測到的時間是彎曲的也並不表示時間就是可彎曲的。可是，因為在愛因斯坦的理論中，他沒有認識到時間、空間與場之間的相互關係，結果就把本來就與時間和空間有關係的“場”錯誤地用時間加空間定義成了“彎曲時空”。這個定義導致的後果非常嚴重。首先，它搞亂了時間與空間的概念。其次，本來場是屬於每個物體的，而在彎曲時空理論中通過“時空”這個概念把場變成了一個孤立於物體之外的東西。這就使得時空彎曲的概念變得讓人難以理解了。

所以說，解決“時空彎曲”問題的辦法就是回歸經典的時間和空間概念。同時認清“場”在物理現象中的作用。把“時空”這個容易引起混亂的概念從物理學中徹底清除掉。讓人們都認識到，自然世界中沒有愛因斯坦所描述的“時空”這種東西存在。自然世界中存在的那個“彎曲的”、“相對的”、“具有物理功能”的並“與時間和空間有關係的”客觀存在實際上就是一個“場”。這個場就是“質量場”。