什么是时空?(什么是时空涟漪)

由于物质的概念比较广泛，随着人类对微观世界和宏观宇宙的探索，物质的涵盖就越多，物质的动量复杂化，带来了时空尺度变化的复杂化。

由于物质在微观、宏观（为了表述方便我加了个常态，与经典物理相对应）的表现不一，时空特征则表现不一。我们缺乏一个统一的标尺去统一衡量三个层次的量级差。

一大早没开电脑，只能手画，请凑合着看。(≧∇≦)/

A：代表微观，B：代表常态，C：代表宏观

画成同心圆是要表明它们之间的包含关系。

中间的那条线表示尺度，横贯三个层次（说维度怕有歧义）

这个尺度是可以伸缩的，当它对应到具体范围，就是该范围的时空。

实际上每种物质都具有自己独立的时空。但是每种物质都处于更高层次的包含中。便可以用大层次的尺度去统一衡量该层次的物质时空关系。

在经典物理中，认为时间是不变的，是因为那时认知和描述对象都是处于常态层的。统一处于地球引力范围内，背景力场统一，时空尺度统一。用万有引力定律去衡量和计算常态层物质，偏差不大，基本适用。

但是当物质形态进入微观世界和宏观宇宙时，物质所有相关属性和量值都相差太大。经典定律失效，时空概念也模糊起来。

但是，其实只要将衡量的尺度跟随着物质所处的层次进行相应的次方缩放，就可以很好理解时空在不同层次的弹性。

因为常态物质是微观物质的次方叠加，而宏观宇宙则是常态物质的次方叠加。

三者之间的关系是层层包含又层层叠加的关系。相应的时空同样需要进行次方级的缩放弹性。

没有物质，就没有时空。没有时空，物质就失去了弹性，就会坍缩成为奇点。

时空是什么？时空就是时间+空间，这就是基本定义，然而这样的回答是片面的。如果用一句话来形容时空、理解时空就是“世界上最远的距离是你我近在咫尺，却处于不同的时空。”这是爱因斯坦的时空观，这是一个十分有趣的事情，源于《相对论》，一旦你理解了它，你会发现你就不是以前的你了，而且你再也回不去了。下面我通俗的来聊聊时空。

如果不理解相对论，大部分人会认为全世界，全宇宙大家的时间观都是一样的，就是我的手表走过一个指针是一秒，你的手表也是，而且时间匀速向前流动，就像一支箭一去不复返。空间也同样如此，你按着尺子在地上量出一米是这么大，在我这里一米同样这么大。如果你认同这点，那么说明你认同了牛顿与伽利略经典力学中的时空观，绝对时空，大家的时间和空间都是一样的，我们生活在同一个世界之中。

记住这点很重要：在经典物理学中，你可以单独说地点，而没必要说时间，因为时间与空间是独立的纬度，时间大家都一样，北京现在8点，上海必然也8点。你到达目的向家人报平安，可以说我到哪了，而不需要说现在几点了（忽略时区）。

接下来我们说说能让人疯掉的爱因斯坦时空观，我们先说观点再简单论证。爱因斯坦认为时间与空间是不可分割的，因为“时间是相对的”。这意味着不同的人，手表指针走的速度是相对的，比如你走得比较快，我走得比较慢，还有就是一件事在我看来刚发生，再你看来过了一段时间才发生，叫做同时性被打破。

你会发现，在爱因斯坦的时空观中，我们并非“同一个世界的人”。我们拿坐标系来举个例子：

用最简单的一维空间（二维时空），我们通常一轴为时间，一轴为空间。在绝对时空中，我们大家可以共用一个坐标系，比如我在x轴3的位置，你在4的位置，咱俩相差1个单位的空间距离，y轴作为时间轴，我们的时间是同步的，单位是一样的。

如果时间是相对的，那么由于时间流速不一样，我的手表走得慢时间单位间隔就会比你的大，因为同时性被打破，如果在你坐标系黑点（1,1）的位置发生了事件A，那么在我的看来并非在（1,1）发生的。

在爱因斯坦的《相对论》中，空间也是相对的。如果我们按各自相对的时空画坐标系就会出现单位间隔不同，两个坐标系无法完美的重合在一起，也就是说我们需要各自的坐标系，不能往一起放，就像上面说的那句：我们并非同一个世界的人。当然这只是一个比喻，世界即为时空，我们所处的时空不同。

时空取决于两个因素，一种是时空本身的几何性质，比如我把时空画成网格，有物质的地方网格机会发生几何（黎曼几何）形变，也就是惠勒说的：质量告诉时空如何扭曲，时空告诉物质如何运动，这就是广义相对论中的引力，它不是力，只是时空的几何性质，由于引力扭曲了时空，时空发生形变之后时间与空间的维度会发生变化，因此有了引力时间膨胀。诺兰大神导演的硬核科学电影《星际穿越》中，父亲乘坐飞船去往引力更强的星球与黑洞附近，经历了几个星期回来之后发现他的女儿已经垂垂老矣，因为父亲的时间膨胀了。

另外一种就是速度时间膨胀，也称作动钟变慢。在一个很大的广场上，我做在一辆未来汽车上高速的在广场上运动着，而你静止在广场上。我在绕圈跑，经常与你透过车窗擦肩而过，然而我们并不在同一时空之中。在你看来车上的时钟走得比你的手表要慢，如果车速可以无限接近光速，你会看到我车里的时钟似乎不走字了。如果速度稍微慢点，你会发现当车里的时钟好不容易走了一秒钟，而你已白发苍苍，而对于车里的我来说，我仅仅只是过去1秒钟，喘了一下气而已。你看，即使我们很近，但是我们的时空却不同。

这一切都源于“光速是绝对的”，光速的恒定打破了绝对时间观。如果按牛顿认为时间是绝对的，时间需要一个参照物，只能找绝对的事物，可以说时间与光速是绝对静止或绝对匀速的，换句话说我们可以把光速看做时间的一把尺子，这就像我说这里是一米，想要确定就需要拿一把尺子来量，那么尺子的大小又需要跟真正的一米去比对才能制造出来，而比量时间跨度的尺子就是光速，因为只有它俩是绝对的。

而绝对的事物有一个问题，就是无论是高速运行的人，还是静止不动的人看来光速都是一致的。那在静止的人看来高速运动的人时间就慢了。有点抽象，再举一个例子：

你站在高铁站上，高铁从你身旁驶过，某一节车厢正中间有一盏灯，发出灯光。

因为光速是绝对的，车厢上的人会看到光同时到达两边。

在你看来，情况却不一样，由于高铁在动，光速绝对，因此光会先到达车尾，这就是同时性被打破了。

牛顿所谓的绝对时间，我认为应该说是时间对于每个独立的个体或物质来说是绝对的，我如果能活100岁，即使我跑到黑洞边上，即使我速度再快，当我自己手上的手表走过100年，我就寿终正寝了。对于不同的物质、个体、甚至是一个静质量不为零的粒子来说时间都是相对的，因为我们都有各自独立的时空，即使是近在咫尺的一粒沙子，都不会与我处于相同的时空之中——一沙一世界。我们处于同一世界之中，但身边就像有一个无形泡泡包裹着我们，这个泡泡就是我们每个人的时空。

时空，就是相应的阴阳天体本身，以及其通过引力或斥力作用形成的独立的时间和空间。如月球时空、地球时空、太阳时空等等。无始无终、无穷无尽、无边无际的阴阳时空，构成无始无终、无穷无尽、无边无际的宇宙时空。有诗为证：

时空、存在

时间是一条无始无终的河

没有源头，也没有尽头

我

是河中的水滴

没有来处，也没有去处

我思

故我在

我

是一条无始无终的河

没有源头，也没有尽头

时间

是河中的水滴

没有来处，也没有去处

我冥

故我逝

空间

是一片无边无际的海

没有中心，也没有边缘

我

是海中的浪花

没有来处，也没有去处

我思

故我在

我

是一片无边无际的海

没有中心，也没有边缘

空间

是海中的浪花

没有来处，也没有去处

我冥

故我逝

时空是我

我思，故我在

我是时空

我冥，故我逝

时空，是说物质存在的四维时空。是由该空间内全体物质共同形成并且存在其中的物质形态。

物质时空的形成是由多重复数的扩展形式形成的。

其中一重复数形成了两个维度，具体的物理映射是能量和时间。时间是公共空间。能量是独立存在不能相互融合。

其中的二重复数形成的是四维空间。

从展开形式可以看出，其中公共部分时间依然是时间，而两个独立分量则分别表示电磁的存在。而公共另一个形式则是物质内在的性质。如果正交则等于零。这个空间主要存在于原子核到核外电子之间。也是一种时空，但是不是四维时空。可以叫电磁时空吧。

其中三重复数形成的是八维空间。

从这八个维度可以看出实数依然存在（既时间）。但是其它的维度则被形成两种形态。

既四个是单元物质的维度形成，而另外四个是由单元维度合成。

什么是一种简化形式。要表示的是下面的结果。

既每个独立的物质都是由八个独立的维度才是其完整的表现形式。其中四个维度就是g，也就是符合黎曼几何的四维时空的形成维度。其它的四个维度依然是物质本身的内部性质是由三重复数的合成维度共同表现。符合黎曼代数的运行规则。

也就是广义相对论的空间结构。所以时空是独立物质共同形成的黎曼空间。时间是闭合空间物质能量的具体表现。而三维空间也是物质存在的场所，并且是由全体物质共同形成。所以每个能量物质都可以改变时空。因为时空就是去其自己的一部分。

所以时空就是物质的公共维度（性质）。

施郁

（复旦大学物理学系教授）

时空就是时间和空间。这似乎就回答了这个问题。其实不然，这个问题的关键在于为什么时空是一个整体。这是爱因斯坦的相对论的后果。在这之前的物理学中，时间和空间是分离的，说它们构成时空没有什么意义。

在爱因斯坦相对论之前， 时间是绝对的，相互运动的不同参照系中，时间是一样的。比如在日常生活中，人们将火车上的时间与地面上的时间当作一样的。空间距离也是绝对的，一个物体的长度，不管它是在火车上还是在站台上，在火车上的人看来与在站台上的人看来，都是一样的。 但物体在不同的坐标系看来，在各个坐标轴上的投影是不一样，即使不同的坐标系之前没有运动，只有旋转。这样的变换我们称作伽利略变换。

现在我们来看看相对论中的时空。 在相互运动的坐标系测量两个事件之间的时间差，结果是不一样；测量这两个事件的空间距离，结果也是不一样的。 但是，我们可以定义一个时空间隔（这是闵科夫斯基发现的）：时空间隔的平方=空间距离的平方减去光速的平方乘以时间间隔的平方。这个时空间隔在不同的坐标系中是一样的。

这就好比在伽利略变换中，坐标系的旋转导致空间距离在每个坐标轴上的投影（也就是两点之间的各个坐标之差）改变了，但是总的空间距离不变。所以我们将包含各个维度的空间当作一个整体。

类似的道理，在相对论中，我们将时空看作一个整体，这样，时空的概念才有意义。