时空纤维由时空粒子编织而成

著名的英囯天文学家、宇宙学家马丁-里斯设想过比地球上的人类文明更高形态的外星人文明,地球人在通讯技术中使用了无线电波和可见光信号,而外星人使用的通讯载体完全不同,他们在通讯技术中使用了能产生振荡机制的中微子和鬼魅般移动的引力波。外星人的中微子和引力波通讯比地球人的电磁波通讯高出了若干等级,但中微子通讯不一定比电磁波通讯更为有效,电磁波和中微子通讯利用了物质粒子载体——电子、光子和中微子,而引力波通讯利用了时空粒子载体——引力子。

假如“引力子是一种潜存的时空粒子”的科学哲学预言得到了证实,那么未来的人类文明有可能跨入外星人技术文明的门槛,发现引力波的最终目的是把引力波技术转化为通讯和其它领域的实际应用,从电磁波的发现到电磁波通讯的实际应用和从引力波的发现到引力波通讯的实际应用符合科学哲学转化论的等效原理。虽然以物质粒子为载体的电磁波通讯和以时空粒子为载体的引力波通讯符合科学哲学媒介论的等效原理,但引力波在星际空间、多维度时空通讯领域的优势似乎高于电磁波。

引力波不是由物质粒子振动产生的物质波现象,而是由时空粒子振动产生的时空波现象,物质粒子和时空粒子的振动、物质波和时空波符合科学哲学粒子论和波动论的等效原理。德布罗意提出了物质波概念,爰因斯坦设想了引力波或“时空波”概念,后爱因斯坦时代的物理学家在“波粒二象性”原理的基础上提出了引力子概念,而时空粒子概念和“引力子是时空粒子”的命题、甚至把潜在的时空粒子称之为“爱因斯坦粒子”则是建立在科学哲学基本原理的基础上,“时空粒子”有待于21世纪物理学的证实。

人们熟悉了“引力波是时空涟漪”的经典用语,但人们不熟悉“引力波是时空粒子在振动中形成的波”的科学哲学表述,既然电磁粒子的振荡产生了向时空传输的电磁波,那么时空粒子的振荡同样可能产生在时空中传输的引力波。作为物质波的电磁波和作为时空波的引力波好似池塘和大海中的水波,在风力作用下或在“石子击水”的外力作用下,平静的水塘面或海水面或是产生了温软的涟漪,或是产生了激流翻滚的浪花,物理学家通常将引力波比喻为“时空涟漪”,人们还可以把引力波比拟为“时空浪花”、“时空潮汐”,在靠近引力波源的地方出现了“浪高八尺”、喑流涌动、波浪翻滚的浪潮和浪花,而在远离引力波源的地方展现了舒缓、温软的涟漪。

什么是引力波或时空中的涟漪?爱因斯坦的广义相对论与牛顿的万有引力理论有一个显著的不同,万有引力是瞬间发生的,时间不影响引力的作用,从广义相对论出发推断了引力波的存在,引力波在时空的传播有时间的约束。爱因斯坦将引力描述为物质对四维时空产生扭曲的效应,比如:地球绕太阳转动的原因不是太阳对地球产生了引力,而是地球在被太阳弯曲的时空中保持惯性的直线运动,地球在被太阳弯曲的时空中表现为椭圆的曲线运动。只有在爱因斯坦的引力场或弯曲时空才会发生不可思议的奇迹:直线运动和曲线运动符合科学哲学转换论的等效原理或等效论的转换原理。

时空纤维由时空粒子编织而成

牛顿用平直空间或欧几里得几何解释了引力场的特征,而爱因斯坦用弯曲时空或非欧几里得几何描述了引力场的特性。有越来越多对天体运动的精确测量证实了相对论场方程比经典论场方程更符合天文观测的结果。牛顿的时空不发生任何变化或绝对时空“什么都没有”,爱因斯坦的时空随物质的聚集和分布发生不同程度的变化或相对时空“有些什么”。引力波或时空涟漪通过“时空纤维”载体传播,而“引力子是潜在的时空粒子”的科学哲学预言指出了一种可能:时空纤维由时空粒子组成或时空粒子“编织”了时空纤维。

什么是科学哲学解释论的等效原理?举例说来,物理学家用模拟的二维或三维空间形象地解释了爱因斯坦的四维时空,但物理学家心里明白,经典物理的二维或三维空间在本质上不同于相对论的四维时空。引力波怎样产生?可以想像一个物理学的实验场景:一个保龄球或钢球滚上了一张橡皮床或麻绳床,保龄球或钢球相当于一颗大质量的行星,而橡皮床或麻绳床相当于平展的时空纤维,保龄球或钢球压弯了橡皮床或麻绳床,好似一颗大质量的行星“压弯”了周围平直的时空纤维。

一般而言,行星的质量越大,“压弯”周围时空纤维的程度越大,反之,行星的质量越小,“压弯”周围时空纤维的程度越小。假如两个相互绕转的保龄球或铁球表示了两个相互绕转的大质量天体,比如:两个近距离绕转的黑洞或一个黑洞和一颗中子星“翩翩起舞”地相互绕转,那么被“压弯”的橡皮床或麻绳床将产生振动波,而被“压弯”的平直时空纤维将产生引力波。有规则变化的物质振动在空气中产生了振动波,而有规则变化的时空曲率在时空纤维中产生了引力波。

宇宙物理学家认为时空结构在宇宙大爆炸前并不存在,然而,宇宙大爆炸怎样从一个量子时空膨胀为一个宇宙网的大尺度时空?时空物理学一直以来都是理论物理学家探索的焦点领域,量子引力理论在量子时空的形成上发挥了主导作用,而广义相对性决定大尺度时空的基本特性。在波兰华沙大学物理系以圈量子引力理论构造时空结构的数理模型中,一个平方厘米的“时空场”由10的66次方个“时空纤维”构成,最小的时空纤维相当于最小的时空单位。

然而,人们熟悉的经典时空怎样从圏量子引力主导的量子时空转化而来?或物质、能量粒子和量子引力的相互作用怎样导致了经典时空的出现?零静止质量的物质粒子和非零静止质量的物质粒子在和量子引力的相互作用中表现了怎样的不同特性?物理学家目前还没有形成一致性的见解,基本粒子的类型可能影响到时空纤维的性质。可观测的物质由基本粒子组成,理论预期的时空纤维由时空粒子组成,基本粒子的相互作用组成物质结构和时空粒子的相互作用组成时空纤维符合科学哲学复合论的等效原理或等效论的复合原理。

时空纤维由时空粒子编织而成

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页面更新:2024-05-14

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