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宇宙边界和时间的相对性 ——膨胀的“时间球” 作者：郭丙善 摘 要：揭示宇宙空间问题是一件庞大的认识工程。“距离是一个时间概念” “时间是三维的”，通过改变人们对“距离”、“时间”概念的固有认识，建立了“时间球”宇宙模型。从“时间球”角度揭示了宇宙是什么样子的，何为宇宙的中心和边界。同时指出了时间在时空中的相对性的原因，阐述了光线运动轨迹问题、光线弯曲及曲率函数问题，解释了背景辐射现象和光速不可叠加现象。并且根据“时间球”宇宙模型对宇宙现象作出了一些推论和解释。 关键词：宇宙边界、“时间球”、时间流逝相对性、速度叠加原理、光速不变 作者简介：郭丙善，河北石家庄人，1970年10月10日出生，男，工程师职称。电话Email：gbs3218@163.com。 0引言 随着科学不断取得成就，人类认识和改造自然的能力得到不断提高。广义相对论和量子力学为人类认识宇宙带来了曙光。霍金和彭罗斯根据奇性定理预言宇宙存在一个奇点，那里是时间和空间的开始。奇点的存在，很好支撑了宇宙大爆炸理论，也支持了20世纪的伟大发现——宇宙在膨胀这一事实。 虽然人们对宇宙的认识不断加深，但仍然没能给出像宇宙边界这样问题的终极解答。人们在认识宇宙的道路上受到了太多固有认识的束缚，这些固有认识限制了人们认识观念的飞跃。认识宇宙更多地应靠理性，而不能完全依赖固有原理。举个例子，勾股定律没人怀疑过，可要把它放在宇宙这样大的时空尺度它未必就是正确的。 认识宇宙的过程，其实是人们对自己观念的一个整理过程。正确的理论来自正确的认识观念，人们对宇宙的认识主要来自感觉，尤其是视觉，它是人们获取遥远数据信息的主要渠道，所以人们必须对距离、时间、光线等概念进行认真的分析，从而辨别出这些概念的实质。 “距离是一个时间概念”、“时间是三维的”、“光线是以渐开线轨迹运动的”，人们树立这些观念是建立“时间球”宇宙模型的基础。 本文观点是建立在霍金和彭罗斯的宇宙存在开端的观点之上的，同时也是以宇宙大爆炸观点为基础的。 1、时间球概念 1.1、距离是一个时间概念 在日常生活中，距离是一个与我们生活活动密不可分的概念。河北石家庄距离北京250公里。如果有人问你河北石家庄在哪里，你可能回答：从北京西客站坐火车向南行驶250公里就到了。250公里成了区分北京和石家庄两个城市的地理依据。我们已经非常习惯用距离来区分两个地点，所有人从来都没有探究过距离的实质。如果所有火车都是按照100公里/小时的速度在行驶，人们也都知道这一情况并且从来都没有怀疑过，再遇到有人问石家庄在哪里的问题时，是否也可以这样回答：从北京西客站坐火车向南行驶两个半小时就到了。 距离其实是一个时间尺度，在石家庄在哪里这个问题里，250公里和两个半小时的答案都对，250公里等于两个半小时。这点很重要，在宇宙时空这样大尺度的问题上，距离变得越来越没有意义，最终时间变成了区分两点的标准（见图1）。 图1 在现阶段我们还从未发现有比光速更快的速度，我们完全可以把光速设定为计算两点距离的标准。两点距离即使再近，光线从一点运行到另一点，也总是要发生时间，所以说距离其实是一个时间尺度。假设A、B两点相距5光年，以光速为标准，以后我们可以回答A、B两点距离为5年。若A、B两点距离为0年，A、B两点就撞在了一起。两辆汽车之所以会发生碰撞，是因为它们的距离变为0年。 下面我们进一步探究两点间的时间差问题。我们知道，光线从太阳运行到地球大概需要8分钟，站在地球上的人看到此时的太阳光其实是太阳8分钟前发出的，人们可以认为太阳距地球的距离为8分钟。假设观察者站在地球上，地球上的时间是现在时刻，可以认定为0分钟时刻，此时太阳是地球过去的8分钟，可以认定为-8分钟时刻，它们的差是8分钟。若观察者站在太阳上，情况正好相反，太阳上的时间是现在时刻，可以认定为0分钟时刻，此时地球是太阳过去的8分钟，可以认定为-8分钟时刻，它们的差也是8分钟。 宇宙中的时空点是有时间性质的，它们是时间性和空间性完美的结合。宇宙中时空点的时间性质是相对的。上述太阳和地球距离的例子中，观察者站在地球上，地球处的时间性质就是0分钟时刻，太阳处的时间性质就是-8分钟时刻；若观察者站在太阳上，则太阳处的时间性质变为0分钟时刻，而地球处的时间性质变为-8分钟时刻。这不影响它们间的距离。 在上述太阳和地球距离的例子中，观察者看到的所有景象都是过去时刻发生的，他所看到的所有其它物体距他的眼睛都存在距离，哪怕距离再小，光线的传输也需要时间，所以他看到的都是过去的事情。他眼睛处那一点的时间性质为零，它之外所有时空点的时间性质都是负值，都是过去。距离我们越远发来的光线，事件过去的时间越久远。可以这么说，观察者的“视觉宇宙”其实是过去不同时间发生