第五节 空间和时间

作为宇宙里高等生物的人类不会满足于自身的生存和种族的绵延，还是一代代不懈地探索着存在和生命的意义。但是，人类理念的进化是极其缓慢和艰苦的。从亚里士多德—托勒密的地心说到哥白尼—伽利略的日心说的演化就花了2000年的时间。令人吃惊的是，尽管人们知道世间的一切都在运动，只是到了20世纪20年代因哈勃发现了红移定律后，宇宙演化的观念才进入人类的意识。人们甚至从来没有想到过宇宙还会演化。牛顿的万有引力定律表明，宇宙的物质在引力作用下不可能处于稳定的状态。即使在爱因斯坦的广义相对论中，情况也好不到哪儿去，为了得到一个稳定的宇宙模型，他曾将宇宙常数引进理论中。他们都希望在自己的理论中找到稳定的宇宙模型。可见，宇宙演化的观念并不是产生于这些天才的头脑之中。

时间、空间是客观世界的基本特性，任何事物都与时间空间相联系，时间以外的存在和空间以外的存在都是不可能的。人类生存于宇宙之中，生活在地球上，既要以时间空间的形式存在着，受时间空间的支配，又要在种种社会活动中处理大量的时间空间问题，争得自由。善于开发和利用时间空间这一资源，乃是事业取得成功之道。因此，研究时间空间，认识时间空间的本质、特点及其规律性，就成为科学的研究课题之一。

时间、空间是运动着的物质存在的基本形式，是事物之间的一种秩序。

时间所描述的是事物变化和事物之间的顺序性和持续性，任何事物都有或长或短的持续性，有一定的发展顺序。任何事物都离不开时间形式，微观粒子的寿命再短，光速再快，也要经历一定的时间。

空间描述的是事物的位置和形态，是表征事物的广泛性、结构性和并存性的物质存在形式。任何事物都会具有一定的规模，占有一定位形，并与其他事物有一定的位置上的关系，如距离、排列形式等。没有哪一种事物能够离开空间形式，微观粒子再小，也要占据一定的位置，有一定的大小。

引力总是吸引的这一事实说明，宇宙的演化方式必为二者之一：要么正在膨胀，要么正在收缩。按照广义相对论，宇宙在过去某时刻必然有一无限密度的状态，亦即大爆炸，这是时间的有效起始。类似地，如果整个宇宙坍缩，在将来必有另一个无限密度的状态，即大挤压，这是时间的终点。即使整个宇宙不坍缩，在任何坍缩形成黑洞的局部区域里都会有奇点。这些奇点正是任何落进黑洞的人的时间终点。在大爆炸或其他奇点，所有定律都失效。

爱因斯坦的广义相对论似乎为我们提供了创生和维持虫洞的可能性，那是连接时空中不同区域的细管。于是，我们也许可以利用它们在星系之间旅行或者在时间中旅行到过去。

最后，我们再谈一下反物质及暗物质。科学家认为，反物质是由反物质原子组成的，而反物质原子是由带负电的原子核和带正电的电子组成。也就是说，组成反物质原子的微粒其带电属性与物质原子正好相反。如果物质和反物质一旦相遇，组成它们的原子核和反原子核、电子和反电子就会立即“同归于尽”，全部消失，化为一道炫目的强光，并释放出巨大的能量。物理学上将这种现象称为“湮灭”。

英国《自然》杂志网站于2010年11月17日刊登研究报告说，欧洲核子研究中心（CERN）的科学家成功制造出多个反氢原子，并利用磁场使其存在了“较长时间”。这是科学家首次成功“抓住”反物质原子。

氢原子是只有一个质子和一个电子的最简单原子。实际上，欧洲核子研究中心早在1995年就第一次制造出了反氢原子，但只能存在几个微秒的时间，就与周围环境中的正氢原子相碰并湮灭。此次研究的突破之处在于，制造出数个反氢原子后，科学家借助特殊的磁场首次成功地使其存在了“较长时间”——约0.17秒。而迄今为止人类还没有探测到自然存在的反物质。

另外，科学家们猜测，宇宙中有一种人类用任何光学仪器都无法观测到的物质——暗物质。这种不着边际、难以捉摸的“宇宙怪客”竟然占到了宇宙总质量的90%，可人类至今也没有证实它。

我们从了解人类解决宇宙、太阳系、地球与生命的起源这一系列难题开始，逐步地认识人类表现自然界信息的过程、方式和规律，并探讨表现自然界信息的最优模式，以使人类能够更好地认识和运用自然规律，使人类社会尽量以最优的方式发展，使我们生活得更美好。