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1、宇宙边界和时间的相对性 膨胀的“时间球”作者：郭丙善摘 要：揭示宇宇宙空间间问题是是一件庞庞大的认认识工程程。“距离是是一个时时间概念念” “时间是是三维的”，通过过改变人人们对“距离”、“时间”概念的的固有认识识，建立立了“时间球球”宇宙模模型。从从“时间球球”角度揭示示了宇宙宙是什么么样子的的，何为为宇宙的的中心和和边界。同同时指出出了时间间在时空空中的相相对性的的原因，阐阐述了光光线运动动轨迹问问题、光线弯弯曲及曲曲率函数数问题，解释了了背景辐辐射现象象和光速速不可叠叠加现象象。并且且根据“时间球球”宇宙模模型对宇宇宙现象象作出了了一些推推论和解解释。关键词：宇宇宙边界界、“时间球球”、
2、时间间流逝相相对性、速速度叠加加原理、光光速不变变作者简介：郭丙善善，河北北石家庄庄人，119700年100月100日出生生，男，工工程师职职称。电电话：115033205503668，EEmaiil：gbbs322181633.coom。n 0引言随着科学不不断取得得成就，人人类认识识和改造造自然的的能力得得到不断断提高。广广义相对对论和量量子力学学为人类类认识宇宇宙带来来了曙光光。霍金金和彭罗罗斯根据据奇性定定理预言言宇宙存存在一个个奇点，那那里是时时间和空空间的开开始。奇奇点的存存在，很很好支撑撑了宇宙宙大爆炸炸理论，也也支持了了20世世纪的伟伟大发现现宇宙宙在膨胀胀这一事事实。虽然人们
3、对对宇宙的的认识不不断加深深，但仍仍然没能能给出像像宇宙边边界这样样问题的的终极解解答。人人们在认认识宇宙宙的道路路上受到到了太多多固有认认识的束束缚，这这些固有有认识限限制了人人们认识识观念的的飞跃。认认识宇宙宙更多地地应靠理理性，而而不能完完全依赖赖固有原原理。举举个例子子，勾股股定律没没人怀疑疑过，可可要把它它放在宇宇宙这样样大的时时空尺度度它未必必就是正正确的。认识宇宙的的过程，其其实是人人们对自自己观念念的一个个整理过过程。正正确的理理论来自自正确的的认识观观念，人人们对宇宇宙的认认识主要要来自感感觉，尤尤其是视觉，它它是人们获取取遥远数数据信息息的主要要渠道，所所以人们必须须对距离
4、离、时间间、光线线等概念进行行认真的的分析，从从而辨别别出这些些概念的的实质。“距离是一一个时间间概念”、“时间是是三维的的”、“光线是是以渐开开线轨迹迹运动的的”，人们树树立这些些观念是是建立“时间球球”宇宙模模型的基基础。 本文观点是是建立在在霍金和和彭罗斯斯的宇宙宙存在开开端的观观点之上上的，同同时也是是以宇宙宙大爆炸炸观点为为基础的的。n 1、时间球球概念1.1、距距离是一一个时间间概念在日常生活活中，距距离是一一个与我我们生活活活动密密不可分分的概念念。河北北石家庄庄距离北北京2550公里里。如果果有人问问你河北北石家庄庄在哪里里，你可可能回答答：从北北京西客客站坐火火车向南南行驶2
5、250公公里就到到了。2500公里成成了区分分北京和和石家庄庄两个城城市的地地理依据据。我们们已经非非常习惯惯用距离离来区分分两个地地点，所所有人从从来都没没有探究究过距离离的实质质。如果果所有火火车都是是按照1100公公里/小小时的速速度在行行驶，人人们也都都知道这这一情况况并且从从来都没没有怀疑疑过，再再遇到有有人问石石家庄在在哪里的的问题时时，是否否也可以以这样回回答：从从北京西西客站坐坐火车向向南行驶驶两个半半小时就就到了。距离其实是是一个时时间尺度度，在石石家庄在在哪里这这个问题题里，2250公公里和两两个半小小时的答答案都对对，2550公里里等于两两个半小小时。这这点很重重要，在在
6、宇宙时时空这样样大尺度度的问题题上，距距离变得得越来越越没有意意义，最最终时间间变成了了区分两两点的标标准（见见图1）。图1在现阶段我我们还从从未发现现有比光光速更快快的速度度，我们们完全可可以把光光速设定定为计算算两点距距离的标标准。两两点距离离即使再近近，光线线从一点点运行到到另一点点，也总总是要发发生时间间，所以以说距离离其实是是一个时时间尺度度。假设设A、BB两点相相距5光光年，以以光速为为标准，以以后我们们可以回回答A、BB两点距距离为5年。若若A、BB两点距距离为00年，AA、B两两点就撞撞在了一一起。两两辆汽车车之所以以会发生生碰撞，是是因为它它们的距距离变为为0年。下面我们进进
7、一步探探究两点点间的时时间差问问题。我我们知道道，光线线从太阳阳运行到到地球大大概需要要8分钟钟，站在在地球上上的人看看到此时时的太阳阳光其实实是太阳阳8分钟钟前发出出的，人人们可以以认为太太阳距地地球的距距离为88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。宇宙中的时时空点是是有时间间性质的的，它们们是时间间性和空空间性完完美的结结合。宇宇宙中
8、时时空点的的时间性性质是相相对的。上上述太阳阳和地球球距离的的例子中中，观察察者站在在地球上上，地球球处的时时间性质质就是00分钟时时刻，太太阳处的的时间性性质就是是-8分分钟时刻刻；若观观察者站站在太阳阳上，则则太阳处处的时间性性质变为0分分钟时刻刻，而地地球处的的时间性性质变为为-8分分钟时刻刻。这不不影响它它们间的的距离。在上述太阳阳和地球球距离的的例子中中，观察察者看到到的所有有景象都都是过去去时刻发发生的，他所看看到的所所有其它它物体距距他的眼眼睛都存存在距离离，哪怕怕距离再再小，光光线的传传输也需需要时间间，所以以他看到到的都是是过去的的事情。他他眼睛处处那一点点的时间间性质为为零
9、，它它之外所有有时空点点的时间间性质都都是负值值，都是是过去。距离我们们越远发来来的光线线，事件件过去的的时间越越久远。可以这这么说，观察者的“视觉宇宙”其实是过去不同时间发生的事件，其影像在现在这一时刻传到我们眼睛处的组合，我们被过去事件所包围。“视觉宇宙”是由看到的过去事件的影像组成的（见图2）。图2：观察察者被过过去事件件层层包包围我们看到的的五彩缤缤纷的世世界其实实都是过过去发生生的，甚甚至你看看到你自自己的双双手也都都是过去去的。由由于光线线传输的的速度很很快，我我们看到到的世界界离我们们又如此此近，以以至于我我们感觉觉一切都都在同时时发生。正是这这一点使使我们认认识宇宙宙过程中中总
10、是把把时间和和空间分分开看待待。认为为时间是是沿一个个维度从从过去向向将来运运行，而而空间中中的万物物变化与与时间毫毫不相干干。事实实上，抛抛开了时时间因素素，把时间看看成静止止的一刻刻，我们们就会产产生很多多错觉，最最终影响响我们对对宇宙问问题的深深入了解解。比如如，在较较短距离离上，我我们可以以不计较较空间点点的时间间性质，五五米加五五米等于于十米，勾勾股定律律符合的的非常好好。可在大大尺度上上，时间间性质就就不能被被抛弃，五米和五米就不能相加，勾股定律也失灵了。我总提勾股定律，是因为狭义相对论在推导过程中用到了勾股定律，我认为他的结果是有局限性的。我们再把时时间尺度度放得大大一点。引言中
11、已经说说了，本本文观点是是建立在在宇宙大大爆炸观观点基础础之上的的，认为为宇宙有有一个开开端一直直发展到到现在，宇宇宙是从从一个点点开始的的。我们们假设宇宇宙从开开端到现现在已存存在2000亿年年。从理论论上讲，我们向前看，只要我们有足够的耐心，就一定能够看到200亿光年处发射过来的光线，那是宇宙起始的一刻，是奇点。同样的道理，我们回过头来向后看，也应能够看到200亿光年处的事件，也是宇宙起始的一刻，是奇点。我们向四周看，在四周方向都应能看到200亿光年处发来的一束光线，都是宇宙的开端，是奇点。200亿年前宇宙爆炸时几乎是从一个点开始的，浩淼无垠的宇宙怎么竟被一个点包裹着呢？我们四周从最远处传
12、来的光线怎么起源于一个共同的点子（奇点）呢？事实也确实实是这样样。在我我们的视视觉里我我们的宇宇宙确实实被一个个点子包包裹着（见见图3）。宇宙怎么会是这样的，我们四周从最远处飞来的光线它们的起点怎么会扭结在一起，光线是什么时候开始弯曲的，是什么使光线弯曲的。要想明白其中的道理，认清宇宙的真实面目，我们的观念必须飞跃。图3：观察察者看到到浩淼无无垠的宇宇宙竟被被奇点包包裹着1.2、时时间是三三维的学过几何知知识的人人都知道道，直线是一一维的，平平面是两两维的，空空间是三三维的。维是指独立的时空坐标的数目。一维是线，定义“点”需要一个坐标参数（X）。二维是一个平面，定义“点”需要两个坐标参数（X，
13、Y）。三维是体积，定义“点”需要三个坐标参数（X，Y，Z）。随着人们对宇宙认识的深入，人们开始努力把时间和空间联系起来看问题。通过研究，人们认识到空间和时间不是孤立存在的，而是彼此存在关联的。但它们究竟存在什么样的联系，还一时闹不明白。于是有人在三维空间之外又增加了一个时间维，定义“点”需要四个坐标参数（X，Y，Z，t）。在如此的四维空间里，时间维度垂直于其它三维，并沿着一个方向从昨天到达今天，并不可逆转地走向明天。霍金的时间箭头，认为时间像一列火车一样沿单维度运行，由过去走向将来。时间维果真真像上述述四维空空间描述述的那样样沿一维维方向发发展的吗吗？时间间坐标参参数t果真能能够和其其它三维维
14、坐标参数数X、YY、Z并并列在一一起吗？问题恐恐怕就在在这里。如如果我们们的假设设出了错错误，那那么建立立在错误误假设基基础上的的结论可可想也是是错误的的。本书书观点认认为，时时间是三三维的，它它和空间间的三维维性是完完全统一一的，甚甚至可以以说时间间的三维维性决定定了空间间的三维维性。请请看下面面对时间间三维性性的论证。在上一节“距离是是一个时时间概念念”中已经经介绍过过，宇宙宙空间的的每一点点都有时时间性质质，且各各点时间间性质是是相对的的，在我我们的“视觉宇宇宙”中，只只有我们们眼睛处处那一点点可以认认为时间间性质为为零时刻刻，之外外四周其其它所有有的点的的时间性性质都是是过去时时刻，观
15、观察者被被过去事事件所包包围。距距离越远远，过去去的时间间就越久久远。这这些过去去事件的的影像以以光的形形式从四四周向观观察者聚聚拢过来来，直至至聚拢到到眼睛上那那一点。显而易见，观察者被一层层过去时间球面所包围，一层层过去时间球面形成了“过去时间球面空间结构”。以观察者为球心，向四周方向都是过去方向，时间呈现出三维性质来（见图4）。“距离是一一个时间间概念”是认识宇宇宙的关关键，“时间是是三维的的”是认识识宇宙问题题的基础础。 图4：时间呈呈现出球面空空间性质质，是三三维的1.3、“视觉宇宙宙”的组成成我前面一直直在提“视觉宇宇宙”这个概概念。所所谓“视觉宇宇宙”，就是是观察者者应该能能够看
16、到到的宇宙宙事件影像像的总和和。在当前时时刻观察察者看到到的宇宙宙影像我们称之为为“在视宇宇宙”，它就就是一张张宇宙相相片。我们观观察宇宙宙就像在在看电影影一样，是是一张张张宇宙相相片的连连续播放放。随着着时间的的延续，宇宇宙事件件在不断断地变化化，我们们看到的的相片也在在不断地变变化。由由于光线线传递需需要时间间，在当当前时刻刻观察者者看到的的是“在视宇宇宙”，另外外两部分分“视觉宇宇宙”不能看看到。一部分分是“将视宇宙宙”部分，这这部分宇宇宙事件件的光芒芒还在传传递路途途中，还还没到达达观察者者眼前。另一部部分是“已视宇宙宙”部分，这这部分宇宇宙事件件的光芒芒已经经经过观察察者眼前前，观察察者已看看过的那那部分。“已视宇宙”、“在视宇宙”、“将视宇宙”一起囊括了宇宙的全部事件的景象（见图5）。由于宇宙空空间点的的时间性性质具有有相对性性，所以以不同
