时空与物质运动的关系

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。

简论物质运动速度与宇宙时空维度的关系

1905年 ，爱因斯坦发表了题为《论动体的电动力学》的论文
，这篇具有科学划时代意义的著名论文，宣告了狭义相对论的创立。1915年 ，爱因斯坦将仅适用于惯性系的狭义相对论推广到适用于任意参考系
，发展为包括引力
、时间、空间性质与物质分布及运动之间相互依赖关系的广义相对论 。狭义相对论和广义相对论的创立，开创了物理学科学的新纪元
。

在狭义相对论中 ，爱因斯坦独立而完整地提出了狭义相对性原理和光速不变原理
，进而创立了相对论的时空观。爱因斯坦提出了一条基本假设——任何物体不论注入多大的功率，它只能无限地接近光速 ，但都无法超过光速 。他告诉我们当一个物体运动速度接近光速时就会出现一种相对性效应——时间膨胀和空间收缩
。 从此以后
，人们才逐渐真正地明白了光速在这个宇宙中所起的作用。

试设想一下，我们现在乘坐在一艘非常接近光速的宇宙飞船上进行空间飞行 ，这时我们会发现有什么“现象
”发生呢？如果我们在飞船外放一把尺子，在飞船内挂一块钟表
，这时我们就会发现放在飞船外面的尺子缩小了，在飞船内部的钟表却变慢了 。这是为什么呢？根据狭义相对论的推论 ，这是速度变化引起的一种相对性效应——时间膨胀和空间收缩
。

现代科学家通常都认为
，时间膨胀和空间收缩是一种相对性效应。其实，我们也可以这样思考这个问题：时间膨胀和空间收缩是一种物体接近 、达到或超过光速 ，从四维时空向高维时空跳跃时所发生的一种现象 。就是说当一种物体无限接近
、达到或超过光速时
，就会出现一种时空物质“脱离”现象
。为什么这样说呢？因为我们现存的宇宙相对于光速来说，还是一个低速运动的宇宙 ，这种低速运动也就决定了我们现存的时空维度是四维时空。所以当一种物体无限接近光速、达到或超过光速时
，我们现存的时空维度就无法“束缚 ”它，这时这种物体就会从我们现存的时空维度中“逃逸
”出去 ，而到另一个维度更高的时空中去 。这就是我上面所说的时空物质“脱离”现象
，而时间膨胀和空间收缩，就是这种时空物质“脱离 ”现象的表现形式。

下面我们再把话题转到光速与时空极限速度的问题
。我们设想在宇宙中的某些时空区域内 ，所有的物体的运动速度都接近光速，那么光速在这个区域内还是最快的速度吗？我认为不是。因为可以设想
，当这个区域内所有的物体都在以接近光速的速度运动时，那么光速在这里可能就是一个基本速度 。也就是说 ，光速在这里只是一种非常普遍的速度
。那么
，在这样的一个时空区域中，时空维度要维持它自身的体系 ，防止所有的物体都“逃逸
”出去
，就必须产生一种更快的运动速度——时空极限速度。

我把这种时空维度随物质运动速度变化而进行的自我协变和自我维持，称之为时空维度自存原理 。

其实 ，在我们所观察到的四维时空宇宙中
，也存在高维时空
。能够说明这种情况的两个明显的例子，一是“黑洞” ，二是“虫洞 ”即“爱因斯坦——罗森桥
”。

黑洞毕竟是一种非常奇特的天体 。由于黑洞的引力很大
，以至于任何经过黑洞的物质都会被黑洞所吸引进去，甚至连光线也不例外
。当一个物体跌落到黑洞的时候 ，会发生什么呢？这时，如果你站在物体上观察
，将会发现自己和物体一起不断加速靠近黑洞，接近光速而穿越“事件视界” ，在到达视界之后
，就会撞到中心奇点。而在黑洞远处的观察者，将会看到物体先是加速冲向黑洞 ，不久又开始减速
，然后停在视界处，逐渐变暗 ，最终消失 。[1]这个过程在肉眼看来需要几乎无限长的时间
。按照广义相对论的理论
，这是引力质量变化引起时空几何结构变化 、黑洞视界附近时间严重膨胀所导致的结果。

当一个黑洞的质量变化使自身周围的时空结构发生了改变，它自身周围的时空维度就发生改变 。这样 ，就使越接近“事件视界 ”的时空
，其维度就变得越高。所以根据上述时空维度自存原理可知，在黑洞视界的周围 ，就会出现超光速的物质
。

按照以上结论，黑洞内部也必将是一个高维时空体。因为黑洞自身的质量变化改变了自身周围的时空结构
，使其任何物质在接近黑洞时，都会加速到光速 。根据时空维度自存原理 ，我们又可以得出以下结论：由于在视界周围的时空中存在超光速的物质
，所以在黑洞内部的时空维度将是完全大于四维的高维时空
。在黑洞内部，物质运动的速度将完全超过光速 ，我把这种速度称之为“时空基本速度
”
，以区别于“时空极限速度”。

上面说过，宇宙中还有一个明显的例子——虫洞 。何为虫洞？顾名思义 ，虫洞就是一个时空隧道或时空细管
，它能把两个几乎平坦的相隔遥远的时空区域连接起来
。[2]打个比喻来说，我们处在一座高山底部的一边 ，为了到达高山的另一边
，通常要先沿着崎岖山路往上攀登到山顶，然后再往下 ，这种曲折攀登要花费很大气力并需要很长时间——但是如果山中有一个水平穿过山体的小洞，你就可以直达而不必如此曲折攀登了。虫洞就类似于上述山中的小洞 。在连接宇宙两端的虫洞中
，时空维度大于四维，按照时空维度自存原理 ，所以在虫洞中也就允许物质以超光速的速度来运动
。

因为黑洞和虫洞中的时空维度以高于四维的时空形式存在
，所以在黑洞和虫洞中，物质的运动速度都超过光速 ，低于该时空的时空极限速度。在任何一种时空维度中
，都有一种自身维度中的极限速度存在 。这种时空极限速度的产生，是每一种时空维度自身的必然产物
。物质运动速度与宇宙时空维度之间 ，存在着内在的必然的联系。

以上几点
，是我对物质运动速度与宇宙时空维度的粗浅理解，恳请有关学者不吝赐教！

早在16岁时 ，爱因斯坦就从书本上了解到光是以很快速度前进的电磁波
，与此相联系，他非常想探讨与光波有关的所谓以太的问题 。爱因斯坦认真研究了麦克斯韦电磁理论 ，特别是经过赫兹和洛伦兹发展和阐述的电动力学。

1905年6月30日，德国《物理学年鉴》接受了爱因斯坦的论文《论动体的电动力学》
，在同年9月的该刊上发表
。这篇论文是关于狭义相对论的第一篇文章，它包含了狭义相对论的基本思想和基本内容。

狭义相对论所根据的是两条原理：相对性原理和光速不变原理 。爱因斯坦解决问题的出发点 ，是他坚信相对性原理
。伽利略最早阐明过相对性原理的思想
，但他没有对时间和空间给出过明确的定义。

牛顿建立力学体系时也讲了相对性思想，但又定义了绝对空间
、绝对时间和绝对运动 ，在这个问题上他是矛盾的 。而爱因斯坦大大发展了相对性原理
，在他看来，根本不存在绝对静止的空间 ，同样不存在绝对同一的时间
，所有时间和空间都是和运动的物体联系在一起的
。

百度百科——爱因斯坦

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