时空弯曲的本质：是时空弯曲了？还空间弯曲了？

时空弯曲的本质：是时空弯曲了？还空间弯曲了？
作者丨李春生（书房记特约专栏作者）
菩提本无树，
明镜亦非台，
本来无一物，
何处惹尘埃。

这是六祖慧能大师的一个四句偈。

不过，今天我们不谈佛学，今天，我们只聊聊常识。

我们知道，什么也没有，就谈不上形状和颜色，更谈不上什么意义。

爱因斯坦（广义相对论）说时空弯曲，那么时空是什么？
爱因斯坦认为是物质的万有引力引起了时空弯曲：过去曾错误地认为物体通过引力来对其他物体的运动发生影响，而现在认为是物体影响其他物体在其中作自由运动的时空几何，改变后的时空中的这种自由运动，就是曾被错误地认为在原来时空中的受迫振动。

现在，自然定律是一种涉及时空的几何命题，时空变成了一种度规空间。

［爱因斯坦，《狭义与广义相对论浅析》，北京大学出版社，2006年，导读第36页］详见《爱因斯坦说时空弯曲，那么时空是什么？》。

1919年，日全食的星光偏折现象被认为是证明时空弯曲的证据，这也是相对论被认为是正确理论的转折点。

问题是，如果时空空无一物，那么什么弯曲了呢？时间如何弯曲呢？我们知道，无论是时空还是空间，如果什么也没有也就不存在弯曲不弯曲，空无一物的概念与我们的科学常识相背离，是我们的常识
需要修改还是时空的概念需要修改？
我们知道，科学理论为解释客观现实而存在，不仅需要实验证明，更要贴近客观现实而不是脱离客观现实。

问题是，对于星光偏折现象，有没有基于客观常识的解释呢？当然有。

答案就是经典物理学。

根据阿基米德定律和斯内尔的折射定律，光经过透镜时，光会在折射面和反射面上改变方向。

根据折射定律，我们可以画出光的路径。

问题是，光为什么会折射呢？
根据费马最小光程定律，不同的煤质中光的传播速度不同，光线的传播路径应是使光尽快地传到终点。

光的路径如有很小的偏差，所需时间就会延迟。

根据光的波动理论，空间介质密度越高，光速越慢，空间介质密度越低，光速越快。

以地球大气层为例，越接近地面大气密度越高，距离地面越远（越高）大气密度越低。

因此，薛定谔认为：当光从太空进入大气层越深，空气的密度越大，光的传播速度的越慢。

虽然在传播速度上差异很小，但是根据费马原理，光线应向地面弯曲。

这样，虽然在光速大的较高的大气层中路径较长，但也要比原比沿着较直线路径的光更早的到达终点。

诸位一定看见过太阳落到地平线时不是圆的而是扁的，看起来垂直方向的直径好像缩短了，这正是光线弯曲的结果……根据光的波动理论，严格
地说，光线只是虚构的意义，光线不是某些粒子的物理路径，而是一种数学图形，即所谓波阵面的正交轨迹，也就是想象的有指向的线。

有向线垂直于波阵面，指向波的前进的方向。

［薛定鄂《薛定鄂讲演录》207~208页］
波正面是同心球面，光线是直线）。

表示光线弯曲的情形。

薛定谔用一队正在前进的士兵来描述光的路径偏折原理。

如果队伍中的人的步子不一样，右边人的步子小，左边人的步子大，那么队形将出现右倾，即光的传播路径向右偏折。

薛定鄂认为：只有从波动理论的观点出发，才能正确理解费马原理，才不会感觉费马原理深不可测……从波动的观点看，把所谓的光线弯曲理解成波阵面偏斜更容易一些，因为当波阵面的相邻部分以不同的速度前进时，显然就会出现这种光线弯曲的情况。

光线在大气折射时，波阵面的一部分应当偏斜，因为它的左半边处在（大气层的）较高层，这里空气稀薄些，因此比较低层的右半部分要前进得快一些……这是波阵面偏斜理论得出的结论……如此可见费马原理是波动理论的精华。

［薛定鄂《薛定鄂讲演录》208页］
综上所述，空间弯曲的原理非常简单，就是空间介质密度的不均匀造成了不同传播路径上的光的速度不同，形成折射现象。

我们知道，经典光学可以自洽地解释海市蜃楼、幻日、佛光等等大气现象，这些都是空气密度不均匀引起的大气透镜现象，原理非常简单，这是非常简单的科学常识。

问题是，广义相对论的时空弯曲理论能够自洽解释这些自然现象吗？
有人会说，广义相对论时空弯曲而不是空间弯曲。

是的，检验一个理论是否正确的一个方法是同一个逻辑是否可以解释不同的问题。

广义相对论认为，物质的引力引起了空间弯曲的同
时也引起了时间的弯曲，即时空弯曲。

证明是，空间探测器的通讯路径靠近恒星时，通讯会发生延迟现象。

问题是，时间又不是物质，时间怎样弯曲呢？
事实上，所有的证据都是间接的，人们认为电磁波的通讯出现延迟是时间也发生了弯曲。

真相很简单，电磁波的通讯出现延迟是因为最短的距离是直线，空间不均匀引起了光的传播路径并非直线，假设通讯的电磁波速度恒定，那么，弯曲的路径比（预计的）直线传播所需的时间要长，人们误以为是时间弯曲和时间变慢了，从而将时间和空间捆绑在一起。

因此，时空弯曲的本质是空间不均匀引起了光的传播路径弯曲，没有任何证据证明时间违反了因果律。

还有，空无一物的真空不存在弯曲不弯曲的问题。

还有一个问题，空间如果不是空无一物的真空，那么，空间有什么构成？
英国哲学家托马斯· 霍布斯认为宇宙与所有事物的结合体是物质性的，物质具有广延性，具有长度、宽度和深度，物质的任何一部分同样也是物质，同样具有广延性。

因此，宇宙的任何一部分都是物质，非物质不可能成为物质的组成部分。

宇宙就是所有物质的集合体，而
物质都是有广延的。

笛卡尔也认为，空间是物质的广延，空间与广延性是同一的，因此，没有物体的空间是不存在的，亦即空无一物的空间是不存在的。

法拉第和麦克斯韦一派认为场的特性是它们只存在于物质之中，没有物质的地方就不可能有场存在。

空间充满了物质，这种连结各种物质、'充满空间的东西'的场就是以太。

正是在电动力学中引进了场的概念，麦克斯韦成功地预言了电磁波的振动原理，并成功地将电学、磁学、光学统一起来。

麦克斯韦认为光波是电磁波的一种，而电磁波是以太的横振动，即电磁场的横振动。

特别是1801年的杨氏双缝干涉实验确定光是一种波后，经典物理学达成的共识是空间由以太这种物质构成。

电磁波是以太的横振动，以太空间构成磁场。

空间由三维绝对空间加一维绝对的时间构成，即三一时空，空间和时间绝对独立。

需要注意的是，没有任何证据可以证伪以太，所以不能将以太排除在
外。

有意思的是，从某种意义上讲，地球大气层的确是因地球的引力而弯曲的空间，因为大气分子是物质，是物质就会受引力吸引，大气分子受地球引力吸引，形成密度不同的大气层，并随地球的曲率而弯曲。

但是，请注意，大气层这个弯曲的空间的本质是密度不同，还有，是空间弯曲而不是时空弯曲。

同样原理，如果宇宙空间也是由物质（空间介质叫什么名称并不重要）构成的空间，是物质就会受引力吸引，因此，与地球=大气层类似，星体周围的空间介质密度会更高（越接近星体表面密度越大），这就是星体周围会产生暗物质光晕的原因（还有引力透镜效应）。

还有，因为宇宙中布满不同质量的星体，因此，宇宙空间里空间介质的密度并不均匀，即宇宙空间并非平直，而是弯曲的空间。

我们知道，空间是空无一物的真空或是由以太构成这是两个水火不相容、针锋相对的思想逻辑体系。

波动说和粒子说争论的焦点是空间是由以太（以太说）构成还是空无一物的真空（真空说），虽然以太说和真空说的结论都是空间存在弯曲，但是，但两种空间弯曲的形成原理却相差十万八千里，一个是空间介质不不均匀的空间，另一个是空无一物的真空发生了弯曲。

还有，一个是空间弯曲，另一个是时空弯曲。

两者的差异仅仅是空间有没有物质而已。

这正是，差之毫厘、失之千里！
空间由什么构成？是以太？真空？不同的场？暗物质？这个问题
详见《爱因斯坦说时空弯曲，那么时空是什么？》。

现在有一个共识是宇宙的质量大多由暗物质贡献，宇宙的每一个角落都充满了暗物质，那么，宇宙空间由暗物质构成吗？我们能否换一个角度，暗物质也是物质，是物质，就会吸引别的物质和被别的物质吸引，如果空间由暗物质构成，这种空间介质就存在密度均匀不均匀的问题。

因此，只有在空间由物质构成时，星光偏折和引力透镜这类现象才能获得自洽的解释。

最后，时空弯曲的本质是什么？
综上所述，没有任何证据证明时间可以违反因果律，没有任何证据证明时间具有形状，没有任何证据证明时间和空间可以合并在一起，时空的概念不能自洽，因此，时空的概念并不成立！所有时空存在的证据都可以用常识来解释，即空间介质密度的不均匀。

2017年，一位物理教授在一次关于什么是物理学的演讲中谈到，希望在21世纪，量子力学和相对论能成为科学常识。

目前的科学常识是什么？答案是经典物理学。

事实上，21世纪的物理学应该回归常识。

《人类简史》的作者尤瓦尔·赫拉利在2017年指出：'尊重知识、听取学者意见很好，但发展到崇拜任何人的程度都很危险，包括崇拜学者。

一个人一旦被推崇为权威，他（她）自己都可能信以为真，进而变得骄傲自大，甚至陷入疯狂。

对追随者而言，一旦他们信奉某人为权威，便会自我设限，停止努力，只期待着偶像来告诉他们全部问题的答案和解决方法。

即使答案是错误的、方法是糟糕的，他们也会通盘接受。

'智慧从怀疑开始，真正的科学精神是怀疑与批判。

终极理论不会是一个全新的理论，它就藏在现有的理论之中，当我们以客观逻辑为工具，就能在错综复杂的观点中找出宇宙真实的脉络。

先贤们几千年积攒下来的思想成果滋养了我们的智慧，他们点亮了一个又一个灯塔，指引着人类的发展方向。

没有人的观点全部正确，也没有人的观点一无是处。

有些观点后来被事实证明是一个个错误，那也是他们在错误的地方树立起了一个个指引正确航道的航标灯。

和《七堂极简物理课》这类无立场解读的科普书不同的是，《一只大象》这本书以旁观者的角度对物理学发展史进行了重新梳理，还原了一些不为人知或被扭曲的历史细节，提醒人们注意'证实性偏见'的危害性。

这本书并非严谨的学术著作，仅为读者提供一个了解物理学的新视角，希望能够给喜爱物理学的同学们带来启发。