应该拚弃时空弯曲说！

1  前言

数年前在网上看到清华大学天文系李惕碚院士所做的题为《爱因斯坦弯曲时空陷阱与周培源-彭桓武时空观》的学术报告视频，其内容是探讨广义相对论中关于时空弯曲的问题。报告明确指出：“爱因斯坦关于弯曲时空应当成为一切物理理论基础的论断，严重束缚了百年来基本物理学的发展和人类对于宇宙的认识。”并说到：“上世纪80年代我国学者周培源先生和彭桓武先生就已明确指出：弯曲时空不过是描述引力现象的数学语言，测量和描述引力现象及规律只能在平直时空里进行。”这无疑是我国现代重量级的科学家公开否定时空弯曲说的声音。然而遗憾的是，此举竟然未能取得振聋发聩的效果，从而引起学术界的重视，令人十分意外。这或许是因为广义相对论取得的成功已经使其如日中天，得到了广泛的认同，一旦有人的看法与其有一点不同就很难得到正视。这虽情有可原，但却不是很正常的。广义相对论的大获成功只能表明其正确性无法否认，但并不能保证与其相关的一切看法都绝对正确。成功与失误是可能相伴而行的。千里良驹也会有马失前蹄！广义相对论的成功虽然有目共睹，但也可能存在失误。正确的认识只有在不断的质疑声中才能逐渐完美，认识从来不可能一劳永逸！科学的精髓是实事求是。只要有利于科学发展，就应该对一切质疑给予重视，并用实事求是的眼光去审视它。即使是藉藉无名的小人物的质疑也需给其一席之地，然后通过探讨来确定对错，以便取舍。何况这是院士和更高级别的老科学家早就提出的呢？科学只有通过探讨才能明辨是非，从而得到发展。院士做了内容如此重要的学术报告却反应平平、波澜不兴，可能也是组织者始料未及的，确实难以理解。

我在南京大学天文系求学时因所学专业的需要所限，并未系统学过广义相对论。退休后才有暇自行学习，但总觉得难以深刻理解。后来在网上看到一篇《爱因斯坦引力场方程的建立》的资料，以影印文献的形式对广义相对论的来龙去脉进行了比较清晰的叙述，据此才开始对广义相对论有了一知半解，自以为强似一无所知。但也不知道那篇资料对广义相对论的诠释是否符合原意，这就很可能在理解上会存在偏差，敬请高人不吝赐教。正因为只是一知半解，对时空弯曲也就是一头雾水，难以判断时空弯曲的是非对错，此乃才疏学浅使然，只能徒叹奈何。最近忽然又想起这个问题，觉得还是可以将其搞明白的，为此又多次重温了那篇资料，经过思考后觉得只要能搞清楚时空的本质，就有可能了解事实的真相。

2  时空是客观存在的

只有客观存在的事物才有可能发生弯曲。讨论时空弯曲问题的前提当然是要知道其是否客观存在？时空是时间与空间的合称，它们虽然都看不见摸不着，但它们的客观存在却是无法否认的。

先说时间。不久前在网上看到有人认为时间是不存在的，说它是人为杜撰出来的，觉得匪夷所思！有人甚至说该说法最早是爱因斯坦提出来的，也不知是否属实，不敢妄言。但不存在的东西是不可能有平直或弯曲之分的，从时空弯曲已经成为广义相对论中的核心内容来看，爱因斯坦是不可能这样说的，那或许只是误传而已。然而该观点不久前在网上的流传倒好像有点来头，曾在微信中看到国内著名的专家曾发过有关该观点的帖子，但也不知道发帖者是否确为专家本人。如果确实连爱因斯坦、专家都曾这样认为，那当然非同小可，难免让人怀疑时间是否并非客观存在。但其客观存在却是难以否定的。因为只要冷静地想一想就会明白：如果时间真的不存在，那怎么还能够确切知道：任何人总是比他父母出生晚，而又比他的子女出生早呢？那就只能得出时间客观存在的结论。道理虽然浅显却是直接而明了的。现在广泛流传的所谓时间穿越之类的说法显然都是胡说八道，并没有任何科学依据。即使真的是爱因斯坦或哪位专家都曾经认为时间不存在，那也只是一时的失误！无需对此大惊小怪！与能飞上高树的鸡相比，鹰有时也会在更低的高度上飞行，但绝不会有人认为鹰的飞行能力不如鸡。

还没有听说有人否定过空间的存在。但空间和时间的情况大体类似，同样都看不见摸不着，同样都需要根据人为设定的参照标准才能获得明晰的概念，按照同样的思路似也会出现空间是人为杜撰的说法。但或许是人们对事物必然占有空间的意识从无疑义，才没有出现类似的说法。正是因为时间不能通过观察获得如空间那样直观的印象，才出现了时间不存在的说法。可见该说法不过源于人的主观印象，似无确凿的科学依据。

宇宙大爆炸学说是认为大爆炸发生前时间和空间都不存在的，但并没有说出其道理。实际上该说法本身就难以自圆其说。既然说的是大爆炸发生前，实际就已经承认了时间的存在，否则就不可能有什么前和后！说大爆炸发生前除了一个体积无穷小的超级原子外什么都没有，但体积无穷小就是指那个超级原子所占据的空间大小，恰恰可说明时间和空间都存在。该学说那样说毫无道理。

3  时空的本质

时空是客观存在的，但它们到底是什么呢？中国古代早就对时空有所描述。成书于先秦的典籍《文子•自然》中就说：“往古来今谓之宙，四方上下谓之宇。”前半说的是时间，后半则是说空间。这里并未涉及时空的本质，仅是描述了其状况，却将时空与宇宙等同了起来。这显然不妥当。现今人们心目中的物质宇宙虽然与时空有密切联系，但两者肯定不是同一回事！但当时的科技水平不能和现今同日而语，不必对其苛求。

在那篇《爱因斯坦引力场方程的建立》资料中说到，爱因斯坦正是从等效原理推导出物质的分布弯曲了时空，但没有说出具体的道理。这与当今普遍认为广义相对论中是引力场造成了时空弯曲似有不同。但物质的分布和引力场都是通过引力来起作用的，两者可以说是相通的。然而要使时空发生弯曲必然需要知道其相应的物理机制！而引力只能在物质之间起作用。问题实际上就归结为时空的本质到底是不是物质？

时空弯曲的说法实际上并不合常理！它是说时间和空间一起发生了弯曲呢，还是两者各自分别发生了弯曲？说空间发生弯曲似乎还可说得过去，但时间肯定不行！谁都知道时间是一维的，只会有流逝速度的快慢，它能向什么方向弯曲呢？弯曲显然不可能实现。或许时空弯曲只是指空间发生了弯曲。但具体是由怎样的原因造成了空间什么样的弯曲呢？那也只有天晓得！

或许有人会认为空间弯曲是客观存在的事实。通常总会用轮船在大海中航行和飞船在太空中飞行两个实例来说明。实例中人们都自以为是在做平直的运动，而实际上却分别是沿着地球表面弯曲的测地线和太空中接近圆形的航天轨道运行的，似乎表明那里的空间确实发生了弯曲，但这是似是而非的！因为物体运动轨迹的弯曲并不等同于空间弯曲。除与此两者类似的事例外，似也找不到任何可说明空间弯曲的实例。不妨分别就此给予讨论。

航海是在地球表面上进行的，这就相当于蚂蚁在气球面上爬行，地球和气球都呈球形，船在大海中航行的轨迹当然就应该是弯曲的测地线，这完全不是因为引力使空间发生了弯曲才造成的。地球也是空间中的客观存在，它呈球形并不等同于空间发生了弯曲！另一方面，弯曲和平直也不是绝对的，它们和观察的尺度密切相关。一段圆弧只要其相应的半径足够长，不通过精密的测量，是无法区分它是平直还是弯曲的。运动轨迹的曲直也同样如此，并不是引力使平直的空间发生了弯曲，造成了运动轨迹的弯曲。而是其轨迹本来就是弯曲的。与空间弯曲毫无关系。

具备力学知识的人都知道，只要运动的物体受到与其运动方向不同的力作用，就会具有与力的方向一致的向心加速度，从而使其运动轨迹具有相应的曲率，飞船在太空中飞行的轨迹就是如此，这同样与空间弯曲毫无关系。这只要看火流星的杂技表演就可明白：难道火流星做圆周运动是因为绳索的拉力也会使空间发生弯曲？完全说不通。

物质是客观存在的，它的存在必然要占据相应的空间。但空间也只是提供了物质存在的条件，它并不会因此就具有物质的特性，更不可能就变成了物质。物质的变化虽然是绝对的，但其具体状况只有在与已知状况的参考物对比中才能显现。物体的运动虽可通过物体之间的距离变化来体现，但却很难做到清晰明确。只有通过一个设定在空间中相对静止的坐标系来观察其变化，才能客观了解其具体状况。人们通常使用四维时空坐标系来表示物质在空间中的位置、分布或其它特性随时间的变化。既然坐标系可用来表示物质在空间中位置，这就表明空间并不是物质，两者就不能混为一谈。时空坐标系虽与时空具有确定的关系，但其空间位置和坐标的定义、坐标轴方向和量度单位等都是人们根据实际情况设定的。对于不同的情况，常需要使用不同的坐标系。一个物体的状况在时空中虽然是确定的，但在不同的坐标系中却会有不同的坐标数据与其对应。由此可见，坐标系虽是用来观察物体在时空中状况的工具，但绝非时空本身，不能混为一谈！有时物体，例如太阳等天体在天空中的运动轨迹是弯曲的，用球面坐标系或其它非平直的坐标系来研究其运动情况比较方便直观，不能因此就认为那里的时空也是弯曲的。空间坐标系并不是空间本身，坐标系的弯曲当然不能视为空间弯曲。

按照现今通常的定义，空间与时间不过是物质客观存在的形式。形式可能只是概念性的认识。概念当然也会是客观存在的。例如物体的大小就是概念性的认识，虽然它不通过人为设定的具体衡量标准就无法得到明晰的认识，还会随所用坐标系的性质或设定不同而有全然不同的数据，但同一物体大小的客观存在却是无法否认的。形式、概念当然不属于物质的范畴。可见时空与物质显然在本质上南辕北辙。形式、概念本就十分抽象，并不能给予具象的表现，也就不可能有平直与弯曲的区分，说时空发生了弯曲当然是无稽之谈。既然时空不是物质，它就不可能具有质量，也就不会和任何物质之间存在万有引力，引力对其也就不会发生任何作用。据说原来人们认为光子是没有质量的，因为无法解释在引力场中光线的偏转，才通过等效原理用时空弯曲来解释它。后来虽然发现光子也是有质量的，但却没有就此否定时空弯曲。按照类似的道理，只要时空没有质量，不管引力场强度多么强，物质分布能施加的影响多么强烈，对时空肯定也只能是无可奈何的，不可能使其发生弯曲。由此可见，只要时空不是物质，不具有质量，就不可能有任何引力能对其产生作用来使它弯曲。或许这正是任何人都不可能给出空间弯曲的物理机制的缘由！这充分表明时空弯曲说是无法成立的。由此可以肯定：2021年李惕碚院士的学术报告和上世纪80年代周培源先生和彭桓武先生对时空弯曲的否定是鞭辟入里、深中肯綮、振聋发聩的。

4  后语

时空弯曲似非广义相对论直接给出的理论推导结果，也没有任何能表明其客观存在的事实根据，时空弯曲的概念或许只是根据个别毫无关联的疑似现象得到的想象结果，但它却已造成了时空观的混乱，并无任何科学价值。作为一个正确的理论，广义相对论取得的成功或许可说是不胜枚举，但因理解上的偏差造成失误也在所难免。不能因偶然的失误对其否定，但也不能因为众多的成功就容忍甚至肯定失误。时空弯曲并非广义相对论的全部，将其拚弃并不等于是对广义相对论的否定。广义相对论博大精深，已完美地解决了一系列宇宙中的疑难问题，表明其具有极强的探索能力，正确性也毫无疑问，但失误既然存在，就应该及时拚弃。时空弯曲源于人们对时空本质的误解，它肯定不可能深化人们对宇宙的认识。如果在研究宇宙问题时一提到广义相对论，就只笼统地认为引力场或有关的物质分布造成了时空弯曲，但却给不出具体的机制，更不清楚对应的具体状况变化，那对揭示宇宙的奥秘就是没有什么用处的。完全应该毫不吝惜地将其拚弃！这对广义相对论来说并非任何层面上的否定，而无异是完善与升华！