评介《时间与物理学》1.docx

评介时间与物理学1 刘应平这是时间物理学的一本巨著。最近读到一本新书，叫时间与物理学(科学出版社2011.5)，觉得很有新意。在量子引力的三条路线中，该书显然侧重量子力学。从时间的新定义开始，皇皇40余万言，把量子力学在新时间的基础上全面展开。很有新意，多有亮点。例如，在第五章应用新时间概念进行物理过程的数学推导，直接否定一个粒子位置X和动量PX同时取确定值的可能性。令人耳目一新。因此，正如作者郭树源教授在前言中致谢的文字间所披露的，新时间观念得到了中国学界的高度重视。冼鼎昌院士、王乃彦院士、赵伊君院士以及著名的张启仁教授和其他几位教授学者，审稿并推荐出版。在这一篇小文里，我们首先介绍新时间的定义。该书完成定义的思路是，首先定义三维空间，然后由三维空间定义时间。在逻辑关系上，时间是三维空间概念的派生概念。“从经验事实出发，引出三维空间的定义来。”（P26）。从物体的广延性引出空间的概念。再思想性地无限细分物体，认识到空间由连续的点构成。用笛卡尔三元有序数组标记空间的每一点。三元有序数组（x,y,z）描写的点，“加上存在于此位置点上的物质”（P27）所构成的无穷集合，就是三维空间。这里关键的一步，是空间的任何点上都有物质。或者说，空间是笛卡尔三元有序数组标记的物质的集合。把空间视为配有有序三元数组的物质的集合，是非常重要的一步进展。这里与传统不同之处还在于，一般是先证明空间的欧几里德性，然后才有笛卡尔三元有序数组（x,y,z）。因为笛卡尔坐标就意味着勾股定理，意味着第五公设等等一大串等价命题和推理。这里直接用（x,y,z）作为定义空间的一个要素，是完全新的作法。三元有序数组的存在在逻辑上是先于空间的一个公理。“三维空间是物质的存在形式”（P28）这是完全正确的结论，非常先进的思想。由于物质不停止地变化，三维空间无时无刻不在变化着。即使三维空间任何一处的变化，都表示有一个新的三维空间。时间与物理学指出，此前不存在过时间的定义。并且还讨论了时间可定义的物理学事实和逻辑关联，认为已往关于时间不可定义的理论是不恰当的。于是给出如下定义：“时间是标记和区分三维空间的连续参量。时间间隔是量度三维空间变化量的物理量。”（P37）时间是三维空间运动的延续物。时间的连续性来源于三维空间变化的连续性。“由于三维空间是连续变化的、不可数的，标记三维空间的数不能是可数的数，只能是连续变化的量。”（P37）按本篇小文作者的理解，可以形式地叙述如下：把三维空间记为D3。D3的连续变化用参量t来标记，t就是时间。D3与t一一对应。一定要强调，t与D3整体对应，而不存在t与D3内某点r的对应。郭教授明确地列出了时间定义必须满足的9个要求（P35-36）：1. 能回答“什么是时间？”2. 能回答“时间为何与三维空间不可分割。”3. 能回答时间“为何不断均匀流逝？”4. 能回答时间“为何不可逆？”5. 能回答“为什么热力学熵增大的方向总是和时间增大方向一致”？6. 能回答“为何在三维空间中不可能有无限大的物体运动速度”？7. 能回答“为什么物体的位置和速度不能同时具有确定值”？8. “过去时间的有限性。”9. “使定义的时间具有已知的特性，并有可能推出更多的时间性质。”这些要求在书中被认为是满足了的。时间的有限性的讲法，是与我们已往的观念大不相同的。关于这一点，时间与物理学写道：“时间是从三维空间体积为零变为不为零，是从三维空间由不变状态转向变化状态才开始的，时间也在三维空间由变化状态转入不变状态时终结。”（P91）本文作者恰好同时也在2011年5月出版了一本物理书，专有一章讨论时间，叫做热与引力。本文作者在2007年还出版了一本流出的时间（西北大学出版社），这两本书都是以时间不可逆为基础展开讨论的，因此，本文作者十分赞赏郭树源教授关于时间不可逆的认识。热与引力无法得出时间的有限性。因为热与引力否定了奇点存在的可能性。对于由物体广延性而直观形成的空间概念，对于由运动的延续性直观形成的时间概念，热与引力都采取了另一种观点。在逻辑上，热与引力把时间概念放在本元的位置，而把空间作为派生概念。本文作者对郭树源教授的信息几乎一无了解，但是，我们单刀直入，正面从时间概念的突破入手，在新的基础上，回顾和展开物理学的方法完全一致。因此，郭教授的大作时间与物理学对于本文作者是一件很有鼓舞的幸事，本文作者希望通过各种方式的讨论交流，向郭树源教授学习。引文均出自时间与物理学。推荐图书热与引力刘应平著 陕西科技出版2011.5CIP数据核字（2