四维时间的意义 内容提要:《四维时间》发表二十年了,现在不得不再陈述一次我的论点,时 间有四维。本文用最基本的物理现象证明四维时间的存在,并介绍一些本文的数 学方法,我想都是些简单易懂的问题。 1982年我在《潜科学杂志》上发表一篇“论证七维空间”的文章,阐明时间是四维的,此文发表以前得到了我国前辈的预览,以后国内有的朋友发表比我高明的论文。1998年我在美国xxx·lanl·gov永久性新物理网上〈physics/9811012〉发表一篇《四维时间的意义》。有的美国朋友表示很感兴趣。内容提要:“时间只有一维的概念是错误观念,时间是四维的,在经典的相对论、量子力学、场论中到处可四维时间。四维时间给人们带来了新的观念”.四维时间从发表以来还无人公开表示异意.” 对于时间有二种概念,一种(ίct)是过去的时间概念,另一种(ίxμ)是和过去完全不同的时间概念。 1999年我们计划创办一种学术期刊,由于某种原因。少数尊敬的国家级的物理权威评价:“作者不懂物理学基本概念,光在π/2时不折射.,sinα= v/c 是错误的,因此四维时间是错误的,即使它是正确的,四维时间也是无意义。多维理论不是什么新鲜东西,不罕见等.” 如果他们不是代表国家权威说话,我决不会计较。 尊敬的评价者不懂数学基本概念-极限, 极限是一般中学生都能懂的数学基本概念。我现在向国内外朋友们介绍一下过程。关键问题在于.sinα= v/c 是否成立。 光的折射定律公式: 见图-1 sinα/sinθ= v/c --- --- <1> 光的入射角θ取极限值: lim sinθ=1 θ π/2 --- --- <2> 我们有 sinα= v/c --- --- <3> 这是一个很简单的数学概念。 在侠义相对论中有: m = m0 / cosα or m = m0 / [ 1-(v/c)[ 注: 共计9页]2 ][ 本文有英文译本]1/2 --- <4> 不能说v = c ,m = ∞ , 式就错了!现在的情况就等于说光在π/2时不折射,说式<3> 错误就等于说式<4> 也是错误的。 尊敬的高级的物理权威在讲授多普勒效应的时候非常生动,您会写出: T = T0·{1 (1²)½ cos (1²)½} 或 ν=ν’1/(1²)½(1-v cos/c) 在教科书上有它。 我把它改写成:ίct = ίct0 (1²)½ + ίx·cos (和上式相同,后边有论述) 您肯定会说它没有实验证明,它是错误的,因为书上没有啊!您非常赞赏的是以抄书写论文的人。我的理论无书可抄,在您的面前当然是错误的。 ixμ(H) p 在图.<1>.中H 是磁场, E0 是电场 R ict0 和 ixμ是时间 0 α ict0 (E0) 注解:图.<1> 和 图-1是不同的 式 <1> 和式 (1) 也是不同的 图. <1> ίcto/cosα= ίct =R ίct ×sinα= ίxμ ( ίct )[]2= (ίct0 ) []2+ (ίxμ) []2 µ = 1,2,3 --- --- <5> 或 t[]2 = t0[]2+(xμ/c) []2 --- --- <6> 众所周知<6>式在狭义相对论有它,我们现在不去讨论过去人们如何去解释它。<6>式是正确的,说明<5>式和<3>式也是正确的。<5>式描述地是四维时间。 sinα= v/c 来源于直观的物理现象,一点就通。 下面叙述一部分过去的论文《四唯时间的意义》内容: 人们已经发现空间里充满物质,在宇宙中根本不存在空虚的空间和脱离物质的时间,物质的存在是时间存在的基础。就现在我们所知道的时间的性质有:时间的历史方向性;时间的热力学方向性;还有我要讲的时间的空间方向性。在宏观的物理学中时间是不能倒流的。而在微观世界中时间可以倒流的。这些性质实际上是物质的性质,因此时空是物质存在的形式。一维时间可以分解成具有实际物理意义的四维。宇宙中充满物质是四维时间存在的最根本的条件,否则我们无处去寻找另外三维时间。 时间分解的方法 四维时间是由过去的一维时间分解而成的。由于物体的运动,时空产生了旋转。例如:当光从一种媒体传到另一种媒体时,光的速度发生变化,见图-1。根据经典的光折射定律,真空中光的速度为C,设某媒体中光的速度为V。我们有: ίct0 sin α= V C = 真空 θ 2 0 ίx cos α = (1²)½ … (1) 光 α 某媒体 tg α = (1²)½ ίct 当入射角θ趋于 2 时,取极限值1。 图-1 根据光的时间坐标和光的空间坐标相重合,图-1虽然是一张空间图,同时它也是一张时间图,它们不同点只是方向。因为时间和空间是左右手对称的,要重合就得翻过来。时间坐标系如图.<1>.所示。 还有: ίct · sin α=ίx ίct · cos α = ίct0 µ = 1,2,3 四维时间由以下组成: ίx1 , ίx2 , ίx3 , ίct0 和 d(ίct)² = d(ίx)² + d(ίct0)² ………… (2) 在侠义相对论中有 dt² = dt0² + d(r/c)² 它就是(2) 式。时间是左手坐标系,空间是右手坐标系。对于时间坐标系,坐标原点0表示现在的一瞬间,- ίct0 是流逝的时间,+ίct0的方向是未来,时间坐标ίx 从 到 + 每个点都是现在,时间坐标ίx 上没有过去和未来之分别。在+ίct的方向上,猴子可以进化成人。在时间坐标ίx上的基本粒子,它的过去、现在和将来都一样。ίx的单位是: ί 310[]5kilometer = 1 second i² =( -ί )²= -1 物理学的七维图象 七维的一秩张量是:P = s x[] , ίP= s ίx[] , icm0 = s (ίct0) 其中,P 是动量,S 是作用量。我们把(ίP ) 和 ( ίcm0 ) 换成实数形式 s t0 = m0c² , s t = cP …………… (3) 这里 t 是 x/c . 式 (3) 也是 E² = (m0c²)² + (cP)² …………… (4) 把(4)式写成色散等形式,我们有: E² C² = m0²C² + P1² + P2² + P3² ² C²=(m0C)² h²+k1²+k2²+k3² …………… (4a) ² = 0² + 1² + 2² + 3² t² = t0² + t1² + t2² + t3² 式(4) 和(4a) 说明了四维时间的物质基础。 式 (4a)中第一、第二和第三式是大家所熟视的,从中可以看出四维时间不是孤立的,也不是想象出来的东西。四维时间(t0, t1, t2, t3)的基础是能量(m0c², cP1, cP2, cP3),动量P是x的分量,(-ίcm0 )是(-ίct0 )分量, (-ίP )是(ίx分量,四个物理量一一对应.从式(1) 有 tg α = (1²)½ 我们有: 时间 : ίc t0 ·tgα = ίx 能量 : m0c²·tgα = cP ……… (5) 电磁场 : e0[]e·tgα= eA[]e 引力场 : m00[]m·tgα= m0A[]m 当物体在运动时,引力场要产生引力势m0A[]m 它应该有正和负方向的。 还有 s / ίct0 = im0cί(e/c)0[]eί(m/c)0[]m s / ίx[] = ίPί(e/c)A[]eί(m/c)A[]m ……… (6) s / x = P + (e/c)A[]e + (m/c)A []m 关于引力场产生引力势m0A[]m这里不做讨论。 从中可以看出用七维时空写出物理方程式是非常容易的. .<1> 七维时空的点: P (x1 , x2 , x3 , ίx1 , ίx2 , ίx3 , ίct0) <2> 七维时空的微分: ds² = dx² d(ίx)²d(ίct0)² ……… (7) <3> 七维时空的速度: V = dx / ds V7 = dίct0 / dct0 = ί V² = -1 = 1,2,3,4,5,6,7 <4>七维时空的动量: p1,2,3=s / x[] , -ίp4,5,6 = s / ίx[] , P7 = -icm0
<5> 七维的哈密顿-雅可比方程:
[s / x[]]² + [s / ίx[]]² + [s / ίct0]² = m0²c² ……… (8) <6> 七维的达兰贝尔方程: ²/x[]² = ²/x[]² + ²/ (ίx[])² + ²/ (ίct0)² ……… (9) 当速度等于光速时, (9)式变成: ▽ 1/c²·²/ t² = 0 当速度等于c²/(c² + 1) < 1, (9)是 ²/x[]² = ²/(ίct0)² = 4G/c² = R0º 它是广义相对论中的曲率张量. <7> 七维的克拉因-高登方程: [ ▽² 1/c²·²/t² (m0c/ħ)²] = 0 ……… (10) (10) 式实际上是达兰贝尔算符问题, [ ▽²+²/(ίct[])² + ²/ (ίct0]²] = 0 ……… (10a) 其中 ²/(ict0)² = -(m0c/ħ)² 在量子物理学中,超时间论实际上是四维时间论.用七维时空可以写出过去的物理学中的方程式。 时-空的镜象对称 根据时间的性质,ict0 和空间 (x1, x2, x3)不对称,只是时间ίx[] 和 空间x[]的对称。光的传播定律是ds²=0. 从式 (7) 我们有: d(ίx)² = d(x)² ……… (12) 式(12) 看起来很简单,它有非常重要的物理意义,它是一个镜象对称式,我们把写成对称式: ίP∧ix = x∧P 或者 ίP∧/ ίx[]= /x[]∧P ……… (13) 其中左边由ίP 和 ix 组成,右边由P 和 x组成,式(13)写成: time∧P = space∧P 或者 ∫time∧Pd = ∫space∧Pd 根据(13)式我们很容易地解出洛伦兹力、克里奥立力、粒子的自旋和进动 例如:粒子的自旋,我们取Pº = m0c[] 和 ħ0[]/c ίm0c[]∧/ ίx[] = /x[]∧ ħ0[]/c ……… (14) 我们解方程 (14) 得: J = ħ/2 上述称为自旋正转,是正物质。我们有y = h/2m0c是粒子的所谓半经。如粒子反转,称反物质,取负的时间方向-ίx ίm0c[]∧/- ίx[] = /x[]∧ħ0[]/c ……… (14a) 我们解方程(14a) 得: J = ħ/2 例如:电子在磁场中的进动,我们有: ί (e/c) A[]ν∧/ ίx[] = /x[]∧ħ0[]/c ……… (15) 其中[]是电子的角频率,A[]ν 是矢势 式(15) 解方程得: xμ∧(e/c)H = ħ[]/c ……… (15a) xμ = ħ[]/e H y = ħx/eHz = ħ/2m0c 这时有: ħ[]/e H = ħ/2m0c ω = e/2m0c·H 这是电子进动的拉莫尔定律。 我们还有: xμ∧(e/c)H = ħ[]/c …… (15a) 变成 xμ∧(e/c)H = P …… (15b) 对 (15b) 式用时间t进行微分: d/dt [xμ∧(e/c)H] = dP/dt =F 经过整理得: e/c ( V∧H ) + eE = F 这叫洛伦兹力。 通过上述实例,时-空镜象对称说明时间有四维,虽然有的科学家提过时间和空间对称,可是,一维时间无法和三维空间对称,维数不对称。四维时间和原有的四维时-空原理没有矛盾,如长度变化还是L=L0 (1²)½ 。本文论述的是物体有了相对运动速度后,由于能量的变化引起了时间变化的原因。 我现在简单扼要地介绍一下本文的数学方法 有矢性积和标性积。 在图中我们有: Eo / cosα= E =R . H = v / c · E --- --- <7> 式 <7> 是 H = 1/c ·x[]/t ·E 或 /x[] ∧ H = 1/c · E/ t 算符x/由方程的右边移动到左边变成 /x[],其关系为矢性积,用符号∧表式。式<7>是电磁场的麦克斯韦方程形式。时间和空间镜象对称的数学有矢性积和标性积,先讲矢性积。 关于时-空镜象对称 因为有三维时间(ίx)和三维空间(x) 的镜象对称式,镜子的两边除了左和右不同外,其于相同,所以在数学上就简单得多了。我们可以写成另一种形式: ίx[] ίa 镜 a x[] 在图. <2> -ίa ∧ ίb = a ∧ b (虚像)时间 空间(实像) -ίpμ ∧ ίxμ= x ∧ p ίP∧ / ίx[] = /x[] ∧ P --- <8>
(ίP ) ib b (P) 图.<2> Eq. <8> is /x[] ∧ P = /x[] ∧ P 或 xμ∧/x[] ∧ P = P 例如 :粒子的自旋,我们取Pº = m0c[ ] 和 ħ0[ ]/c 我们有: xμ ∧/x[ ] ∧c m0 = ħ0[
]/c . 因为: /x[] ∧c = 20 所以 xμ ∧20·m0 = ħ 0/c 所以: J = xμ ∧ m0·c = ħ/2 , xμ= ħ/2 m0·c 标性积在量子力学中: 例如:光的波方程 d(ίx)² = d(x)² or - []2/( ίx[] ) []2 = []2/(x[] ) []2 这里的 ίxμ =ίct ·v/c 当 v = c ίxμ= ίct 这时我们有: []2/x[] []2 –1/c[]2·[]2/t []2 = 0 --- --- <9> 因为: ίxμ·(ίP )= -xμ· P 经过一些整理,我们有: xμP - P xμ= ħ --- --- <10> 关于时间ίxμ的正和负的确定 根据动量我们有: -ίpμ = s / ίx[] 时间ίxμ 为(+ ), ίpμ = s / (-ίx[]) 时间ίxμ 是( –) 从粒子的自旋我们有: 取时间 +ίxμ 有 J = ħ/2 取时间-ίxμ 有 J =- ħ/2 所以确定时间ίxμ是正和还是负,主要因素由粒子的自旋方向和物体的运动方向,(如多普勒频移),还有场的方向来决定。 时间的空间矢量代数法则 因为时间ίxμ和空间xμ 是镜象对称的,所以时间矢量ίxμ也遵循空间 xμ矢量的代数法则。例如多普勒频移效应,我们用空间矢量代数解释它。因为频率意味着时间,所以光的多普勒频移也是时间矢量运算过程。光的多普勒频移由二个时间矢量组成,一个是光的时间“矢量”,另一个是光源的时间矢量。当光源对观测者相对静止时,光、光源和位于坐标原点上的观测者,三者时间同步。我们把光的周期T看成是时间t ,它们的时间坐标ίct0 = ίcT0 当光源运动时,对于光源的时间坐标产生了具有空间方向性的时间矢量(B),光的时间坐标变成了(A) A= ίcT0 · sec = ίcT0 (1²)½ = ί ct B = ίcT0 · tg = ίcT0 · (1²)½ = ίxμ 观测者测到的是(A+B)合量(C),它是光源运动方向上的(ίx·cos)合量。 C = ίcT0·[1 (1²)½ + cos (1²)½] 因此 T = T0 (1²)½·(1+ cos) 就是 ίct = ίct0 (1²)½ + ί x·cos ……… (16) 角取 0 π 因为: C T = λ=C /ν 其中ν是频率, 其中T是周期. 取0时,光源远离观测者匀速运动而去,因为时间间隔膨胀了,光谱频率下降,钟走得慢了,叫红移。 取π时,光源向着观测者匀速运动而来,因为时间间隔缩短了,光谱频率上升,钟走得快了,叫紫移。 周期T的变化等于时间的变化。 式 (16)中,第一项是单位时间膨胀的效应;第二项表示的是时间的空间方向性,真正的矢量。由于时间的膨胀,光谱的频率下降。钟走得慢了. 总之,时间ίxμ有空间的方向性,它能做矢量代数。过去我们做代数运算时,虚数就是时间。多普勒效应是证明四维时间存在的实验基础之一。 七维时-空与物质的关系 用形象话来说,时间和空间是物质存在的影子,有物在才有影在,无物则无影。时间和空间是物质存在的形式。因为宇宙中充满了物质,才有时间ίx1、 ίx2 ίx3 的存在,才有空间x1, x2, x3 的存在。时间ίx 和能量cP , 时间ίct0 和能量m0c²一一对应,否则一维的时间t和四个能量cP 、m0c²无法对应的.其关系如下图:
物体 P 三维动量 =1,2,3 x1, x2, x3 物 质 cP -速度等于光速 ίx1 七维 能量 C 的能量 ίx2 几何学 =1,2,3 ίx3 m0c² 静止能量 ίct0 上图的关系是证明四维时间存在的物质基础。 四维时间在二十年中得到少数人的认可.1999年物理的权威书面评语:“作者不懂物理学的基本概念,四维时间是错误的,即使是对的也无意义,等.”请问这位尊敬的物理权威,您讲:“时间是不能倒流的,否则死人就会从棺材里蹦出来又活了。又回到他娘的肚子里。”您又讲:“当时间倒流时,自旋为反转,称为反物质。”您的伟大讲座不是互相矛盾吗。 本论文用物质基础和实验证明四维时间的存在。由于某种原因,本论文过去大部分内容无法和朋友们见面。 四维时间还有一些科普问题,如频率和时间的关系,因为篇幅过于繁琐,本文不作叙述。四维时间没有多么难的地方。要说难,就难到是过去有一些先生论证时间只有一维的,绝对不能有二维。
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