时空能量论

时空能量论
周治平;樊京
【摘要】本文从东方整体论的视角,提出了一个全新的宇宙时空观。

将狭义相对论推广至复数,提出光速只是虚实物质运动速度的分界线,并以旋转坐标系中的标量旋转速度来定义狭义相对论中的速度v,将时空分为零时空、虚时空、实时空和复时空,将物质分为零质体、虚质体、实质体、复质体。

提出物质的本质是时空量子,并以此为基础将光量子公式推广到了整个旋转有序系统。

以上述方式对宇宙、时空、能量、质量进行重新思考,可以自然推出时空转换原理、能质转换原理和自发吸收原理,从而在尊重西方现有科学成就的基础上,利用开放非线性系统从宇宙空间提取能量。

%From prespective of eastern Wholism, this article raises a brand new standpoint of universe time and space, extenting the special theory of relativity to the complex field, putting forward the velocity of light is just the dividing line of movement between physical material and virtul material, defining the velocity in the special theory of relativity based on the scalar quantity in the rotary coordinate system, dividing the space-time into zero space-time,virtual space-time, real space-time and plural space-time,and, correspondingly, dividing material into zero plasmids, virtual plasmids, real plasmids and plural plasmids, spreading the formula of the photons to the entire rotary ordered system, and bringing forward the essence of the matter is space-time solitons. Via the way of rethinking of the universe, space-time, energy and mass based on above theory, the principles of space -time conversion,energy -massl conversion, self -
absorption are coming out natually.Based on respction of western science achivements, energy can be extracted via the open nonlinear system.
【期刊名称】《前沿科学》
【年(卷),期】2011(005)002
【总页数】8页(P71-78)
【关键词】整体论;旋转坐标系;时空量子;开放非线性系统
【作者】周治平;樊京
【作者单位】新宇时空能源科技有限公司,长沙410000;河南省南阳理工学院电子与电气工程系,南阳473004
【正文语种】中文
【中图分类】O412.1
1 引言
热力学第二定律指出：在封闭系统中，系统总是从有序走向无序的[1]。

然而，宇宙本身是无限发展的开放系统，所有的粒子以及生命都时刻与外界环境进行着物质和能量的交换，生物的不断进化告诉我们，利用非线性作用，至少在一个局部的系统中，系统可以从无序走向有序[2]。

这可以理解为，从开放的时空环境中提取能量并不违背热力学第二定律。

狭义相对论假设：真空光速C是宇宙间最高速度，并且保持不变。

然而，近年来相当多的实验证实了超光速现象的存在。

1992年，德国科学家A.finders和G..Nim tz以截止波导做光子位垒，用幅度调制的微波波包信号完成了群速为 4.7
光速的实验[3]。

1993年，Steinberg，Kwait和Chiao等利用光学信号进行光子赛跑实验。

他们让同一光源发出的两路单光子，分别通过含有空气间隙和位垒间隙的两条不同路径，测量它们到达接收终端时时间差，结果发现经过含有位垒的那条路径的光子呈现超光速行为，速度为1.7倍的光速[4]。

2000年，中国科学家王力军领导的研究小组利用光频信号进行光脉冲通过反常色散区的超光速实验，测得负群速超光速[5]。

2009年，中科大实现了16公里远的量子纠缠实验，再次证实了
超光速存在的可能。

上述实验促使我们思考：相对论只说明原来运动速度小于或等于光速的物质粒子不可能通过加速而达到超光速，却不能排除宇宙中本来就存在超光速粒子。

暗物质、暗能量的证实也对原有的宇宙模型提出了挑战[6]。

现代宇宙学认为，整
个宇宙中明物质和明能量只占4%左右，暗物质占23%左右，暗能量占73%左右。

如何解释、寻找、证实暗物质、暗能量的存在是21世纪的物理学研究的前沿。

上述理论与实验现象的大量矛盾暗示我们，20世纪物理学的上空已经是阴云密布。

众所周知，近代自然科学中占主导地位的是还原主义方法，这种研究方法在20世纪取得了巨大成功。

然而，世间万事万物都充满联系，传统的西方式的还原论研究方法在处理复杂性、非线性、开放性系统时遇到了不可克服的困难。

李政道[7]先
生曾经指出，在对暗物质暗能量的研究中，要运用“整体统一”的科学方法，而
这“应该是21世纪最重要的科学方法”。

受上述研究事实及思想方法的启发，本文试图从东方整体论的视角，建立了全新的宇宙时空观。

提出物质的本质是时空，物质粒子的本质是时空量子，物质粒子产生于时空波动的能量。

对时间的定义进行梳理，并将狭义相对论推广至复数，提出光速只是虚实物质运动速度的分界线，并以旋转坐标系中的标量旋转速度来定义狭义相对论中的速度v，将时空分为零时空、虚时空、实时空和复时空，将物质分为零质体、虚质体、实质体、复质体。

以上述方式对宇宙、时空、能量、质量进行重新
思考，可以自然推出时空转换原理、能质转换原理和自发吸收原理，指出时间和空间的乘积是一个常数，时间、空间、能量和质量可以通过旋转变换进行互相转换。

从而在尊重西方现有科学成就的基础上，利用开放、非线性系统从宇宙空间提取能量。

2 开放旋转坐标系与复数相对论
万事万物都处于旋转之中，其中太阳系的8大行星的旋转轨迹都是接近完美的正圆。

同时，物质的结构又具有分形的特点。

从严格意义上讲，还原论的研究方法既无法割裂被研究对象与外界环境的联系，也无法探寻无限小的粒子。

“上观天文,
下察地理,中看人事”是中国传统文化整体论的一种方法总结，也是科学研究必须“以人为本”的朴素阐述。

建立以人为中心的时间观、空间观，并建立符合宇宙运行法则的开放旋转坐标系，是利用东方整体观进行研究的基础。

所谓开放，是指研究对象本身也是一个有序系统。

这个系统既受制于内部环境（如分子原子）的制约，也受制于其外部大环境的制约。

因此，仅仅研究本系统边界以内的部分是不合适的。

从银河系到太阳系乃至电子，我们始终可以看到围绕中心点的旋转运动。

事实上，在整个宇宙中，对一个相对稳定系统的描述使用旋转坐标系更为妥当。

而人们常用的直角坐标系只是在这个系统中一个很小的微分空间内才近似正确。

对于一个有序的开放系统而言，其旋转可以简化为外旋转和内旋转。

外旋转，是指研究对象的系统绕本身之外某一中心的旋转。

内旋转，是指研究对象的系统绕本身之内某一中心的旋转，或指研究对象的系统其内部子系统的旋转。

其中，内、外旋转通过研究对象的界面进行物质与能量的交换，从而保持某种关联。

如图1所示，大圆为研究对象的外环境，其外旋转的半径为R，其外旋转线速度为VR。

小圆为研究对象的内环境，其内旋转半径为r，其内旋转线速度为Vr。

小圆的边界是研究对象的界面。

大圆和小圆分属不同的时空系统，研究对象通过边界保持内外的相对平衡。

这样，我们就建立了一个开放的、考虑系统内外环境的旋转坐标系。

使用这样的坐标系的好处是，便于描述系统内、外两个环境变化对系统本身时间、空间、质量、能量的影响。

由于有很多实验证据表明，可能存在超光速粒子。

对于一个孤立有序系统，假定其旋转速度可以超过光速C，我们尝试将相对论质速关系推广到复数，结合中国传统文化的哲学思辨，得到了很多有趣的结果。

以大圆的中心为外旋转坐标系参考点，由相对论质量公式
可推知：若不考虑孤立有序系统的内部环境，则当外旋转线速度V R大于光速c 时，所得质量为虚数，其对应的物体称为虚质体，其粒子称为虚子。

当外旋转线速度V R小于光速c时，所得质量为实数，其对应的物体称为实质体，其粒子称为
实子。

考虑孤立有序系统的内部环境。

当内旋转线速度V r为零（可视为外旋转线速度为虚无穷大），或内旋转线速度V r和外旋转线速度V R都为无穷大时，所得质量为零，其对应的物体称为零质体，其粒子称为零子。

这样我们就得到：质量为虚数，对应的是虚子、虚质体、虚时空。

质量为实数，对应的是实子、实质体、实时空。

质量为零，对应的是零子、零质体、零时空。

由于虚子的质量为虚数，零子的质量为零，这就决定了虚子和零子会具有很多与实子所不同的奇异特性。

由于相对论的速度v等同于旋转线速度，而旋转线速度v同时影响着时间与空间、能量与质量，体现了时间与空间以及能量与质量之间的转换关系，所以，我们将这种因旋转运动引起的时间与空间、能量与质量四者之间的相互转换关系，称之为旋转变换。

其零子、虚子、实子的旋转变换如以下图2所示：
其中，|im|为-im的模，是虚子内外旋转线速度都大于光速c运动时的质量；|im0|
为-im0的模，是虚子内旋转线速度自然趋于最小为光速c、外旋转线速度为c时的质量。

当其外旋转线速度从趋于光速c逐渐增至c时，其内旋转线速度则基本保持趋于最小为光速c不变，这时的能量与质量和时间与空间都由外旋转线速度决定，其质量的模从∞逐渐变的与实时空日常一样，其时间的模也逐渐从无穷快变的与实时空日常一样，其空间的模从0逐渐变的与实时空日常一样；当其外旋转线速度从c逐渐增至∞时，其内旋转线速度则从趋于最小为光速c逐渐增至∞，这时的能量与质量和时间与空间都由内旋转线速度决定，其质量的模逐渐趋于0，其时间的模也逐渐趋于静止，其空间的模也逐渐变大趋于原始本征值。

当虚子的内外旋转线速度都为∞时，其质量为零，时间静止，空间灰复原始本征值，虚子转变为零子。

m是实子外旋转线速度为v时的质量；m=m0为实子内旋转线速度自然趋于最大为光速c、外旋转线速度等于0时的质量。

当其外旋转线速度从0逐渐增至趋于光速c时，其内旋转线速度则基本保持趋于最大为光速c不变，这时的能量与质量和时间与空间都由外旋转线速度决定，其质量从日常量逐渐增至趋于∞，其时间也从日常时逐渐趋于无穷快，其空间也从日常量逐渐缩小趋于0；当其外旋转线速度从0逐渐趋于i∞时，其内旋转线速度则从趋于最大为光速c逐渐减小至趋于0，这时的能量与质量和时间与空间都由内旋转线速度决定，其质量从日常量逐渐趋于0，其时间也从日常时逐渐趋于静止，其空间也从日常量逐渐变大趋于原始本征值。

当实子的内外旋转线速度都为0时，其质量为零，时间静止，空间灰复原始本征值，实子转变为零子。

3 时空转换原理
时间是人类用以描述物质运动过程或事件发生过程的一个参数。

我们假定：在人类所处的时空系统中，时间是指本时空系统旋转运动的周期长短。

由此可知，旋转周期越长时间就越慢，周期越短时间就越快。

由于自组织系统本身的适应性，当不同的时空系统进入另一时空系统后，将吸收或释放能量以求达到融合统一。

因此，时
空系统的能量越高寿命就越长，能量越低寿命就越短。

由光量子公式
以及狭义相对论
在旋转变换中进行推广，可得：
其中，m0是物体的静止质量，f0是物体处于静止状态时的固有振荡频率。

将（4）代入（3），可得：
由于周期：T=
所以有：
而相对论时间公式是：
（6）式与（7）式相比，虽然形式是不同的，但其本质是一样的。

因为（6）式是用周期的长短来作时间T的，是真正的时间；而（7）式是用周期的个数即频率的高低来作时间T的，是假冒的时间。

验证（7）式用的是铯原子钟的衰变寿命，认为铯原子钟的运动速度加快，使铯原子的衰变寿命变长，是时间变慢的最有力的证明；孰不知，这实际上是验证了铯原子的能量变大、频率变高，所以寿命才能变长；而频率变高，对于铯原子所处的时空系统而言，正是周期变短、时间变快的象征，因此铯原子的衰变寿命变长，是直接证明了（6）式所反映的时间更准确。

西安导航技术研究所的陶惠钧工程师对HP5061A铯钟在不同的铯炉温度和铯束喷射速度时输出频率不同的定性实验分析得出结论：从定性实验结果证明了从高温转入
低温时HP5061A的频率降低了约为1.8×10-13～2.2×10-13，从而也得出了运动时钟变快的结论。

因此，真正的时间规律是随时空系统的转变而变化的，人们普遍接受的时间概念是与太阳、月亮、地球的旋转周期相关联的，这个时间才是真正自然的时间。

因此不能简单地以铯原子钟的频率来定义时间。

空间以长度L进行度量。

由相对论尺长公式：
我们可以得到空间：
由（6）式和（9）式，得到：
式（10）表明，在一个孤立的时空系统内，时间与空间的乘积是一个常数。

物体的空间若放大，则其内部的时间就会变慢；物体的空间若缩小，则其内部的时间就会变快。

4 能质转换原理
我们假定，时空是无结构的最基本的物质元素，时空的波动在非线性和色散性的共同作用下形成了时空孤子，亦即时空量子，大量的时空量子为适应环境而凝聚形成了有结构的物质。

从根本上说，有结构的物质产生于时空波动的能量；色散分散而降低系统的能量密度，非线性凝聚而提升系统的能量密度。

当凝聚而获得的外界能量大于因色散而导致的能量耗散时，系统成长；反之，系统衰减乃至死亡。

认识到物质粒子就是时空量子，物质粒子的波粒二象性就很容易理解了；物质粒子之所以具有波动性，是因为物质粒子本身就是时空的一种波；之所以说时空的这种波具有粒子性，是因为这种波受非线性和色散性的共同作用而聚集在一起，从而形成了稳定的“波包”，表现出了粒子性。

因此我们把光量子公式m c2=hf推广至所有旋转的时空量子，可以推导出：
其中r为旋转半径。

ψ为时空量子，v为时空量子的旋转线速度，可得：
再由E=m c2，可得：
由公式（11）、（12）可知，物体的能量与质量都只与时空量子的旋转线速度v
成正比；当内旋运动Vr＝V0，而外旋运动相对静止时，则m0=ψ 既是时空量子
外旋静止质量，也是时空量子内旋运动质量；因此，我们导出：释能做功与凝能成质，都是通过内部时空量子的旋转线速度的变化来实现的。

由于电子、核子、原子等等一切粒子都各是一种时空量子，而原子、核子、电子等等一切粒子都在无时无刻地旋转着，所以也是这些时空量子都在无时无刻地旋转着，这就是宏观物体的内运动，也说明了宏观物体的静质量是由其内部粒子的动质量合成的。

5 自发吸收原理
爱因斯坦在《关于辐射的量子理论》[8]一文中论述到：“受激辐射，如果在辐射
场中有一普朗克谐振子，由于辐射的电磁场对谐振子作了功，从而改变了谐振子的能量，这个功根据谐振子的相和振荡场的相之间的关系表现为正或负”。

根据爱因斯坦的该论述，笔者将经典量子力学[9]的跃迁结论推广至时空量子，其一：在具有频率f及密度P的外电磁能的作用下，一个时空量子谐振子从状态Rn
跃迁至Rm的过程中，可以吸收Em-En的外电磁能；其二：在该同样外电磁能的作用下，一个时空量子谐振子从状态Rm跃迁至状态Rn的过程中，也可以辐射
En－Em的电磁能。

这两种跃迁的过程，都符合爱因斯坦量子论“这个功根据谐振
子的相和振荡场的相之间的关系表现为正或负”的结论。

相对论量子辐射理论有两种情况：1.自发辐射；2.受激辐射；而受激辐射又有两种情况：
⑴ 外电磁能对普朗克谐振子作正功，则谐振子吸收Em-En的外电磁能量，而从低能级Rn状态跃迁至高能级Rm状态。

⑵ 外电磁能对普朗克谐振子作负功，则谐振子释放En-Em的电磁能量，而从高能级Rm状态跃迁至低能级Rn状态。

这个理论一般用原子表示普朗克谐振子。

如果我们用原子中的轨道上运动的电子来表示普朗克谐振子，则上面的理论就可以演变成：
⑶ 外电磁能对电子作正功，则电子受激由低能级基态En跃迁到高能级Em的激发态，由电子“受激吸收”了E=Em-En的外电磁能，这就是外电磁场对电子作正功的意义。

因激发态是一种不稳定状态，所以电子还要自发跃回到低能级基态，这样便又辐射了E=En-Em的电磁能，这个“自发辐射”的电磁能正好等于电子“受激吸收”的E=Em-En的外电磁能。

⑷ 外电磁能对电子作负功，则电子受激由高能级基态Em跃迁至低能级En的激发态，这样便辐射了E=En-Em的电磁能。

此时不但不消耗外电磁能，而且还另外辐射了E=En-Em的电磁能，这就是外电磁能对电子作负功的意义。

因激发态是一种不稳定状态，所以电子还要自发跃回到高能级基态，这样又产生了一个E=Em-En 的能量，这个能量就是电子自发跃回到高能级基态时“自发吸收”的时空能量。

此时空能量，就是有序系统自发吸收的空间中最广谱的能量，它包含暗能量、真空能、零点能、引力能、电磁能等，并且以暗能量为主要成分。

而另外辐射出来的电磁能，则可以通过某种技术手段，收集转换成为电能供人类使用。

因此，利用时空量子的自发吸收原理，可以从波动的宇宙时空中获取无尽的时空能量为人类做功。

6 结论
物理学的前进需要哲学的指引。

在过去200年的时间里，西方科学在还原论指导下，对孤立、线性系统的研究接近完美。

然而，当我们把视野放在一个真实的宇宙之下，便会发现，如此丰富多彩的世界绝非线性系统可为。

例如：一切运动都处于旋转之中，严格的直线运动并不存在；如果只有万有引力的存在，宇宙早就收缩成一团；如果热力学的熵增原则可以推广到整个宇宙，生物为什么不断进化，而人又怎么可能出现在这个世界？
中国人使用5000年的时间一直在思考这些问题，中华文明习惯于使用整体论来解释这个世界。

我们秉承祖先的观点，同时赞赏并吸收西方科学对细节的精确描述。

我们看到，整个宇宙都处于旋转之中，小至原子，大到银河系；我们看到，任何有序系统的存在都有一个更大的环境支撑，宇宙本身就是一个开放的复杂巨系统；我们看到，随着研究的深入，孤立系统并不存在，量子力学的研究也已经发现实验环境、实验对象和实验者本身均对实验结果构成影响。

因此，我们提出使用开放旋转坐标系来描述时空系统，以人为中心对时间进行朴素的定义，从而依靠相对论和量子力学的一些基本结论推导出：时间和空间的乘积是一个常数。

受近来的超光速实验启发，我们将相对论推广至复数领域，提出零时空、虚时空、实时空和复时空的概念；世界是分形的，我们将量子理论的一些基本观点推广至整个宇宙，提出时空量子观念，指出时空量子可以自发吸收暗物质、暗能量。

这为新能源的开发提供了一个新的思路。

科学需要实证。

以上思考仅仅是我们对中西方科学比较研究的一个阶段性成果，其中难免有思考不周甚至完全错误之处。

请读者证真或者证伪。

●参考文献
【相关文献】
[1]龚昌德.热力学与统计物理学.高等教育出版社，1984，6.
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[8]爱因斯坦著.赵中立.许良英翻译爱因斯坦文集.1977,第2卷，商务印书馆.
[9]孙汝铿.量子力学.复旦大学出版社，1997，6.。