空 间 是 什 么
2009-06-14 23:22:29
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作者 苟文俭

什么是空间?两千多年来,人类的智者都一直在这样问自己,问他人,都在回答这个问题中表现着自己的聪明才智。

在最早的认识中,认为空间就是一个“空空如也的地方”,“什么东西也没有的几何体的总和”,后来由于数学的不断发展,也进一步发现了与经验实际相符的一维的线空间,二维的面空间,三维的体空间。

由于相对论的成功,现代物理学的主流认为,空间和时间一样,都与物质及其运动不可分割,既没有离开物质而独立存在的空间和时间,同样也不会有离开空间和时间而独自存在的物质及其运动,时间和空间都是物质的基本属性。

最近,也有网友刊文指出:“空间是什么”这类问题,根本“就不是科学问题,而是没有最后答案,怎么扯都似乎有点道理,永远是似是而非的哲学问题。谈起来似乎显得很高深、很有学问,但说了一大通,最后什么也说不清楚”。他认为,关于时间空间的科学问题,就是关于时间和空间的测定,时间空间的相互关系,以及时空与其中物质的关系,认为在理论选择的时空框架中,只要“实践上看我们能怎样测量属性,对应上看测量结果与理论是否相符,理论上看基本假设是否简单明了无矛盾和具有普适性”这三个方面就行,如果这三方面都无问题,就必须坚持原有理论,而新的观点只能看着:要么是纯粹数学,要么是与极乐世界、妖魔鬼怪同等的概念。

(一)

物理学是实验科学,包括空间在内所使用的概念,也都来自实验观察与测量的经验事实,对此爱因斯坦就特别强调指出:物理学的观念世界一点也离不开我们的经验本性而独立;他强烈反对把基本概念从经验领域里排除出去,而放到虚无缥缈的先验的顶峰;他并不认为思辨比经验高超,并明确指出:“一个希望受到应有的信任的理论,必须建立在有普遍意义的事实之上”(《爱因斯坦文集》第一卷,许良英等编译,商务印书馆,1976年第1版,第1011106页)。

我们把爱因斯坦的上述论述用于对空间的理解,就很容易得到如下认识:

1、在经验领域,空间表示的就是客观存在之物在物质事件中实现的广延性存在。因此,这就应当是物理学中“空间是什么”的最终答案,这也还就给出了这样的命题:间是具体的,而不是抽象的

客观存在之物在不同物质事件中实现的广延性存在,由于在不同客体事件客观存在之物实现广延性存在方式及表现特征可以完全不同,对此我们就称是客观存在之物实现广延性存在形成的空间形式不同。即自然界有不同形式的空间。把运动中客观存在之物在不同位置实现广延性存在的空间,就称是运动学空间,把物质波中微观粒子实现广延性存在形成的空间,也称是量子空间。显然,运动学空间与量子空间,也就是两种不同形式的空间。

2、由于任何客观存在之物在不同物质事件中实现的广延性存在都是有限的,因此,由客观存在之物在不同物质事件中实现的广延性存在形成的空间也都是有限的;对此我们就称不同形式的空间都具有局域性。

3、经验领域,客观存在之物在不同物质事件中实现的广延性存在都是可测量的,即任何形式的空间都具有可测量性,其取值由我们规定的标准来决定,具有人为规定的相对性

根据在经验领域得到的上述空间意义,对“空间是什么”我们就可以非常清楚地做如下肯定的回答:

空间形成于客观存在之物在不同物质事件中实现的广延性存在,它具有形式多样性、局域性、可测量性、取值相对性等基本特性;在我们生活的现实世界,并没有离开客观存在之物在不同物质事件中广延性存在的抽象空间

(二)

根据经验领域“空间是什么”的上述回答,对本文前面所述的一些观念,就可以进一步做如下理解:

1、没有独立于客观存在之物在不同物质事件中实现广延性存在的空间;空间并不是物质的基本属性,而是客观存在之物在物质事件中实现广延性存在的体现。

2、只要我们根据爱因斯坦的观念,不要把空间从经验领域里排除出来,用空间的经验本性对其理解,对什么是空间就有非常明确简单的答案,决不会出现“说了一大通,最后什么也说不清楚”的这种尴尬结局。只有把空间概念放到了虚无缥缈的先验的顶峰,按照数学形式化表述的需要做人为假设,才会有什么也说不清楚的尴尬结局。

3、关于空间时间的科学问题,也就是要弄清楚它是什么形式的时空,具体是怎样形成的,在物理理论描述中,时间与空间之间,以及它们与物质事件之间会有什么样的特征关系?而“关于时间和空间的测定,时间空间的相互关系,以及时空与其中物质的关系”的这些问题,都是纯粹理论表述中的问题,因此就只能是空间时间在理论表述中形成的问题。

4、物理学的描述对象,都与客观存在之物的物质事件密切相关;与描述对象保持一致的物理理论,理论选择的时空框架,也都应当与时空客体化内容保持一致,这样在正确的形式化表述中,才有可能使测量结果与理论完全相符,理论的基本假设也才有可能简单明了无矛盾和具有普适性。如果理论选择的时空框架离开了它的客体化内容,对描述对象就失去了表述的实在性意义,这不仅会使理论偏离描述对象,也还完全有可能使物理理论步入“虚无缥缈的先验的”轨道,其结局如超弦需要有6维或7维卷缩空间这样,就正如上述网友所述,“要么是纯粹数学,要么是与极乐世界、妖魔鬼怪同等的概念”。

完成于2009-6-14

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