“時空”的說法來自愛因斯坦的《廣義相對論》,指的是時間的一維加上空間的三維,稱為四維時空。我們不得不提出,時間和空間相依相隨,不能分離,時間指的是空間的物質運動的延續,間斷性,順序性,主要特點是一維性。時間就像射出的弓箭,時間就像單向的火車,不可逆,無法返回。有很多穿越的小說,寫了現在的人穿越到古代,演義了曲折的故事,但是,在科學的觀點來看,這是不能實現的。宇宙的空間并非完完全全的虛空,就目前的科技水平,也找不到徹底純凈的空間,至少這空間得存在引力場。因為引力場在宇宙中無處不在,它充滿了這空間。所謂空間不虛,我們所謂的時空指的就是充滿了引力場的時空。
什么是引力場呢?
很多科學家都認為引力場是傳遞萬有引力的中間媒介。愛因斯坦曾經說過,如果我們向上拋一個石頭,石頭在下落的過程中,如果沒有受到中間媒質的推動作用,而直接受到引力的作用是不可思議的。這說明,萬有引力的中間媒質是引力場。但愛因斯坦在后來的《相對論》中卻認為,宇宙中萬有引力是不存在的,只所以有萬有引力的現象,是因為時空是彎曲的。空間中的有質量的物質可以改變其周圍時空的結構,如果運動的物質經過已經改變了的時空時,它就會沿著測地線運動。在我們看來,就像環繞大物質運動一樣。所謂測地線又稱大地線或短程線,可以定義為空間中兩點的局域最短或最長路徑。
有質量的物質為什么可以改變其周圍的時空的結構呢?
萬有引力的傳遞的中間媒質是引力場,那么它是一個什么樣的物質呢?它是怎樣傳遞的呢?現在我們知道,萬有引力的傳遞并非牛頓所認為的是瞬時的,而是以光速傳遞的。假如太陽突然消失,它的引力并不是瞬時傳到地球的,而是差不多八分鐘左右地球上我們才能感覺到。這說明,引力場是光一樣是以光速傳遞的。我們假設引力場有基本的最小單位,稱為引力子。我們必然知道引力子的速度是光速,傳播的方向在時空中是任意方向。因為引力場是傳遞萬有引力的中間媒質,它的基本單位——引力子也必然和有質量的物質的基本單位相作用。
我們在這里談論引力場,和相對論里的出處有點區別。相對論認為,有質量的物質在其周圍可以產生引力場;在本篇中,引力場充滿整個宇宙的空間,以光速沿任意方向運動。如果我們把空間量化,縮小到普朗克常數值的體積。這個極限小的體積內一個方向上的運動著的引力子的數量,稱為引力子在某個方向上的矢量密度,這個值在沒有有質量的物質的空間中是常量。充滿空間的運動的引力子和已經放棄的同樣充滿空間的以太是不同的,一個是以光速運動的,另一個是絕對靜止的。
假設一個單獨的有質量的物質存在于宇宙的空間,我們可以推測,該物質的基本單位——基元就會受到來自其周圍的四面八方的引力子撞擊。在各個方向上其遭受撞擊的引力子的數量在概率上相同,這就必然造成其受到引力子的撞擊的合力為零。此時,物質在我們看來,就像沒有受到力的作用一樣。所以說,單個的物質在宇宙的空間是不會產生萬有引力的作用的。
如果是兩個有質量的物質存在于宇宙的空間時,會出現什么情況呢?我們現在來加以討論。處在引力子的海洋中的兩個物質仍然受到引力子的撞擊,在其他方向上,兩者受到引力子的撞擊都互相抵消,只有在兩者的連線方向上撞擊力不能互相抵消。在兩者的中間的區域,兩者的本身和它們內切線所組成的圓錐體的區域內,引力子因受到它們本身的基本單位——基元的過濾后,引力子的密度是小于正常的數值的。現在我們看到,兩者中間的引力子的密度小,外面的密度大,在運動著的引力子的作用下,就會產生兩者會受到引力子在連線方向上向內擠壓的趨勢,這個趨勢在我們看來,兩者好像相互吸引一樣,這便是萬有引力形成的本質。
這種說法參考了豫言談科普的《引力子的密度在時空結構中作用》,里面有詳細的推導過程,這里不在贅述。
至此,我們知道,引力子的密度在時空中各個方向上是均勻的,除非在有質量的物質存在的時空附近。所以,我們可以說,引力子的的密度是組成宇宙時空的骨架,是時空彎曲的組成材料。它隨著物質間的質量的變化而變化,正是它的適當的變化,才改變了宇宙的時空結構,造成了時空彎曲的根本原因。相對論所說得有質量的物質可以使其周圍的時空彎曲,不如說是有質量的兩個或多個物質之間的引力子的的密度隨它們的質量的改變而改變,也就改變了其周圍的時空結構。