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五、标准时空论主要关系式的物理意义
较之狭义相对论，标准时空论数学演算所导出的主要关系式，都可以获得自然和明晰的物理理解。
根据合乎逻辑的推理和较为详细的讨论，关于长度收缩效应和时间延缓效应的实质性理解，可以概括如下：
(1) 任何刚杆和量尺相对标准惯性系作亚光速运动(速度为 )时，沿运动方向发生真实的长度收缩，缩短为原长的 倍。任何物质体系相对标准惯性系作超光速运动(速度为 )时，沿运动方向随速度增大发生真实的长度伸长，伸长为“ 长度”的 倍。
(2) 对于任一亚光速，光速或超光速物体或物质体系，沿其相对于标准惯性系的运动方向测量长度，标准惯性系测量的长度最短，一般惯性系测量的长度要伸长为标准惯性系测量结果的 倍。
(3) 如果同时考虑运动物质和参考系的量尺(量尺只能随参考系作亚光速运动)的真实长度变化，就可以预言在任一惯性系中对于处于任何运动状态的物质的空间长度的测量结果。按这种理解，可以直接解释关于各种长度收缩实例所作出的论断和得到的长度收缩的一般表示式。
(4) 任何物体和时钟相对标准惯性系作亚光速运动(速度为 )时，其物质运动过程和时钟的速率要真实地延缓为相对标准惯性系静止时的 倍。任何物质体系相对标准惯性系作超光速运动(速度为 )时，其物质运动过程要随速度的增大真实地缩短为“ 时间间隔”的 倍。
(5) 对于任一亚光速、光速或超光速物质运动过程，标准惯性系 测量的时间间隔最长，一般惯性系 测量时间间隔比 系测量的时间间隔要缩短为 倍。
(6) 如果同时考虑物质运动过程和参考系的时钟(时钟只能随参考系一同作亚光速运动)的真实的时间延缓或时间缩短效应，就可以预言任一惯性系对于处于任何亚光速、光速或超光速运动状态的物质运动过程的时间间隔的测量结果。
与“长度收缩效应”和“时间延缓效应”的论述类似，可以从公式(7)由类似的讨论得到关于“质量增加效应”的实质性理解：
(1) 任何物体和作为参考系质量标准的砝码作亚光速运动(速度为 )时，其质量要随速度的增大真实地增加为静止质量的 倍。任何物质体系作超光速运动(速度为 )时，其质量要随速度的增大真实地减少为“ 质量”的 倍。
(2) 如果同时考虑运动物质和参考系的砝码运动时真实的质量变化(注意砝码只能随参考系作亚光速运动)，就可以预言任一惯性系对于处于任何亚光速、光速或超光速运动状态的物质质量的测量结果。
因此，任一惯性系对于运动物质的空间长度、物质运动过程的时间间隔和运动物质的质量的测量结果具有两重性质：一方面具有绝对的性质，它反映了测量对象由于相对标准惯性系运动所发生的真实的长度变化、时间变化和质量变化，另一方面具有相对的性质，即测量结果也与进行测量的参考系有关，它反映了测量工具即参考系的量尺、时钟和砝码随参考系一同相对标准惯性系运动所发生的长度收缩时间延缓和质量增加。
标准时空论结果表明：运动既是相对的，也是绝对的。运动物质(包括量度工具即量尺、时钟和砝码)相对标准惯性系运动所产生的长度收缩、时间延缓和质量增加(或长度伸长、时间缩短和质量减小)，并不是表面的外部关系的产物(因而在标准时空论中不存在双生子佯谬)，而是一种真实的变化，具有绝对的意义，应当把它们归因于运动物质体系与作为绝对参考系的背景空间物质相互作用的结果。运动物质在任一参考系中的长度、时间和质量的量度结果决定于三个要素：运动物质本身的时空特性和这种时空特性在不同运动状态下的变化；参考系的量度工具的时空特性和这种时空特性在不同运动状态下的变化；量度对象(即运动物质体系)和量度工具的相互关系即它们的相对运动状态。这个论述的正确性极其鲜明地表现在标准时空论的长度收缩(或伸长)、时间延缓(或缩短)、质量增大(或减小)效应的公式之中。因此，标准时空论反映了物质和运动，空间和时间的客观性，相对性和绝对性，以另一种具体的理论形式揭示了空间和时间的紧密联系，以及空间时间与物质运动的相互依赖关系。
标准时空论得到了与狭义相对论相近或相同的公式。但是，两种理论的时空观念是很不相同的。
按标准时空论，狭义相对性原理严格说来是不成立的，或者说，它的适用范围有一定的限度。只有当惯性系的绝对运动速度v和物质的运动速度u满足
，
狭义相对性原理才近似成立。
与狭义相对论相反，标准时空论认为：存在特殊的优越的惯性参考系，这就是绝对参考系或标准惯性系；存在绝对运动，这就是相对绝对参考系的运动。唯独在绝对参考系或标准惯性系中自然定律各向同性，由其他一般惯性系中自然定律观察上的各向异性，可以判定该一般惯性系的绝对运动速度的大小和方向。
关于时间观念和超光速运动问题，标准时空论有着与狭义相对论绝然不同的理解，这留在下节讨论。
按照标准时空论的观点和理论结果，重新考察了验证狭义相对论的一系列实验，在实验精度的范围内，没有发现一个实验结果与标准时空论相抵触。提出了几类新的实验预言，诸如高速高频的横向多普勒频移实验，高速反向运动粒子的质量和动量的实验等，完成这些高精度的实验，可以在狭义相对论和标准时空论之间作出选择。不断地在倡导“创造思维和创造能力”，“创新意识和创新精神”，特别在倡导“原创性”，中国的政治家和科学家难道一点也不想关注和支持标准时空论及其实验验证么?我在平静地生活着，努力着和创造着，等待着社会的反应，同时，清楚地知道，宇宙背景辐射的各向异性表明相对性原理的破坏，超光速运动的可能存在和贝尔不等式的违背表明爱因斯坦域性原理的否定(见下节)，这都是与狭义相对论理论相悖的。恰恰相反，标准时空论正是建立在这些实验事实的基础上，与这些实验事实相容。
六、超光速运动问题
在时间观念上，作为现代物理学两大支柱的相对论和量子力学一直存在着抵触。量子力学在绝对意义上使用时间的概念，同时性也具有绝对的意义，而相对论认为这是不允许的。正如狄拉克(28) 所说：“这里我们就碰到了巨大困难的开头。……这个抵触是最近四十年来物理学的主要问题。”
在狭义相对论中，由单程光速不变（或洛仑兹变换）得到同时性的相对性和事件时间顺序的相对性概念。在标准时空论中，由推广的伽里略变换，得到两个事件时间间隔的变换式（4）。因此，若对某一惯性Sj 有 (或 ，或 )，则对任一惯性系 都有 (或 ，或 )。这就导出了同时性的绝对性和时间顺序的绝对性。因此，我们看到，标准时空论的时间观定性上接近量子力学的时间观念。但是，另一方面，既然式(4)成立，时间间隔的数值量度就不是绝对的，与惯性系的选取有关，即标准时空论时间观定量上接近相对论的时间延缓观念。
标准时空论的时间绝对有序允许超光速运动和超光速作用存在而不违背因果律。标准时空论统一地处理了亚光速粒子和超光速物质的运动学和动力学问题，即统一、对称地建立了关于亚光速运动和超光速运动的标准时空论力学，这是一个重要的结果。
实验和理论研究的进展的确在提供与爱因斯坦的光速极限论和定域性原理相悖的证据，它们表明，超光速运动很可能是存在的。
射电天文学发现，半径大于一光年的河外射电源(包括类星体和射电星系)如3C273等，能够在几个月之内发生整体的明亮变化。如果光速是不可超越的，发生这种亮度变化所需的时间就要在一年以上。十分迅速的整体亮度变化很可能意味着射电源上存在着超光速相互作用。
关于超光速运动，特别值得提到近十多年来量子力学基础研究中关于贝尔不等式的实验检验。关于这个问题，可以参看德.埃斯帕纳(29)，董光壁(30)和罗嘉昌(31)的极好的评述性文章。拙作(27)对此也作过基本的介绍和分析。贝尔不等式是贝尔于1964年提出来的(32)。于1982年为止完成的十二个实验，除两个之外，十个实验(其中包括前两个实验的改进型)的结果都不落在满足贝尔不等式的广大区域，而偏偏落在量子力学预言的曲线上。目前，物理学家已经相当普遍地把违背贝尔不等式作为一个实验事实接受下来，而且许多物理学家认为：贝尔不等式的实验检验，事实上就是对爱因斯坦定域性原理的检验；应当通过放弃这个原理来解释违背贝尔不等式的实验结果。玻姆认为(33)，客观世界存在着由光信号确定其联系的领域之外的新领域，在这个领域中，非定域联系是一种更基本的真实的联系。斯塔普认为(14)：“贝尔定理明显地要求某些事件依赖于处在它们的后光锥之外的事件。……这种出现在单个事件水平上的超光速联系，又在统计水平上消失。”维日尔(34)拒绝定域性，在他的理论方案中假设非瞬时的但又是超光速的相互作用存在。卢鹤绂(35)认为：“量子论本质上是个非局域性理论，牵涉到类空联系或关联, 即牵涉到比光速还快的信号传播。”果真如此的话，检验贝尔不等式的所谓远距关联实验不会是二十世纪末物理学晴空中的一朵乌云吗?
暴胀宇宙学的基本点即假真空的暴胀也是一种超光速过程。众所周知，目前科学界公认的标准宇宙模型是本世纪四十年代末斯伽莫夫等人提出的大爆炸宇宙学。这个理论得到了河外星系谱线红移、氦元素丰度和微波宇宙背景辐射等重要观察事实的支持，但是，却产生了诸如奇性问题、视界问题、空间平直性问题、重子数不对称问题等难以解释或无法解释的疑难。为克服这些严重的困难，1980年美国古斯(36)提出了暴胀宇宙学，后来经过多人的发展和完善，在解决热爆炸宇宙标准模型所遗传下来的问题方面取得举世瞩目的成就，成了一个引起广泛关注和兴趣、具有广阔发展前途的宇宙演化论。暴胀宇宙学认为，宇宙在真空相变之前，总要变成假真空态，在那里没有任何实物粒子，而能量密度大得惊人，达1095尔格/立方厘米。由于引力的排斥效应，假真空态宇宙发生按指数规律的剧烈膨胀。暴胀阶段从宇宙时约10－34秒开始，持续了10－32秒或更长一段时间，宇宙直径增加了1050倍或更多。古斯说，宇宙如此均匀，因为宇宙曾经以比光速快100倍的速度均匀膨胀过。
标准时空论无疑为超光速运动的描述和研究准备了时空框架。
当然，自1960年以来，苏达香(E.C.G.Sudarsh)等人就提出过超光速理论，但是，那些超光速理论均存在若干严重的理论上的困难(37)。第一，出现虚质量 ，虚质量无法直接测量，而且不具有真正的物理意义。第二，超光速运动导致因果律的违背，人为地引入牵强附会的“再解释原理”也无法真正消除这个困难，结果，不得不认为：“如果假定超光子存在于自然界，就必须使物理学从因果律的桎梏下解放出来。”第三，按照其它超光速理论，任一超光速运动的物质对于适当选取的某一惯性参考系将具有无穷大的速度，在这一惯性参考系中，超光速物质通过空间任意分开的两点将不需要时间。这种瞬时超距作用总是难于理解和难于接受的。
标准时空论不出现虚质量，不违背因果律。此外，标准时空论尽管允许超光速运动存在，并且不设置一个物质运动速度的上限，但是，按照它的速度变换式(2)，一个惯性系中有限的速度(即便是超光速的)，在任何惯性系中都是有限的。这样，它可以避开真正的无限大速度，不至于陷入瞬时超距作用的泥潭。因此，标准时空论不存在其它超光速理论无法解脱的诸如虚质量、因果律、瞬时超距作用等困难，给出了关于亚光速运动和超光速运动的统一描述。就此而论，标准时空论是一种可取的超光速理论。
七、亚光速世界和超光速世界
按照标准时空论，亚 光速粒子、光子和超光速物质不可能通过惯性系的选择而发生相互转变；亚光速粒子和超光速物质之间存在着“光障”，即两类物质之间直接的动力学转换需要无限大的能量，因而也是不可能的。但是，通过它们各自与光子的相互作用和相互转换，亚光速粒子和超光速物质可以光子为中间媒介物而间接地相互转换。这样，物质世界可分亚光速世界和超光速世界。
拙作(5,38)认真地考察了古今中外人类自然观的发展史，将元气论自然观和原子论自然观相结合，阐述了现代科学的一种新自然图象：
世界是连续的物质世界，元气(如前所述，相当于统一场)是连续物质世界的本原，它以两种不同的形态存在，即弥散态和聚集态。弥散态是元气散而未聚、未成形质、无形无象、能量密度低的本然状态，聚集态则是元气聚而成形、有形有象、能量密度高的能量激发态或能量凝聚区。
真空主要包含弥散态物质，它是一切物质过程发生的背景和本底。一切物质过程并非发生在这个背景和本底之外，而是发生在这个背景和本底之内、之中。一无所有的虚空是不存在的。作为背景空间的真空，最好称为真空背景场，或简称背景场。真空背景场决非均匀单一的组织，它不是固定和静止不变的。在超微观的层次上，背景场也有多种多样的形态、结构，并且急剧涨落，千变万化，具有丰富多彩的内涵，其复杂程度决不亚于微观粒子及其复合体。另一弥散态是与粒子缔合的场(缔合场)，在一般情况下，它与粒子同在，并且同时产生和消失，可视为粒子外延的一部分。
粒子(即微观粒子)是主要的聚集态物质，它是自旋着的元气的自组织现象。当然，整体上作为聚集态的粒子本身也并非均匀单一的组织，它也是可分的，它是更小尺度上弥散态和聚集态的统一体。超密态(如黑洞、假真空态、宇宙弦等)是另一类聚集态物质，其特点是物质密度极大，巨大的引力作用破坏了原子和原子核的结构，使其丧失了物质结构的所有信息 (如内部结构、轻子数、重子数等)，只剩下有限的几个可观测量(如质量、电荷、角动量)。超密态存在于宇宙空间，是恒星或宇宙演化处于某一阶段的产物。
由于排斥和吸引的两极对立，弥散态和聚集态激烈地相互作用和相互转化。例如，真空背景场急剧涨落，形成虚粒子，虚粒子吸引一定的能量便转化为实粒子；正反粒子湮灭又转化为真空弥散态；粒子的自旋运动和整体运动，与周围缔合场、背景场的运动密切关联，相互影响和相互作用。弥散态物质是弥散态海洋中的粒子相互作用和相互联系的中介。弥散态把整个世界的万物联系成一个整体。
这一新自然图象，我称之为双世界元气论自然观，它是现代科学前沿发展所揭示的新自然观的明确、清晰和系统的表述。
通过标准时空论的研究，我们进一步认识到：散而未聚、无形无象的弥散态和聚而成形、有形有象的聚集态分别构成了超光速世界和亚光速世界。弥散态的元气总是处于超光速运动之中：弥散态背景场、缔合场是连续性的超光速物质；而粒子不过是元气超光速的旋转运动形成的凝聚的团粒结构，其整体运动速度小于光速，即光速仍然是粒子及其组成的宏观物体、天体的整体运动的极限速度。因此可以这样说：并不存在超光速粒子，即不存在整体以超光速运动的粒子态结构，但亚光速粒子也是一种超光速旋转运动状态下的物质存在。这也是标准时空论不同于其它超光速理论的一个根本观念。
请注意现代物理学中的几个事实：(1) 波函数ψ的物理解释，是本世纪关于量子力学的论争的焦点。但是，我们知道，波函数 的相速度始终是超光速的。(2) 按电子自旋的“经典”图象得到，电子自旋的线速度是超光速的，因相对论光速极限性限制而放弃了这种解释，但至今并没有找到一种合理的解释。(3) 暴胀宇宙学论证了实物粒子是无形无象的假真空物质在超光速的暴胀过程中的生成物。这种超光速膨胀的物质相互作用，必然导致旋转运动，由于“光障”的存在，形成了超光速旋转运动的凝聚的团粒结构，即亚光速粒子。所有这些，不都与本节叙述的亚光速世界和超光速世界的理论观念相容么?
八、结语：星际社会—物质
运动形式发展的崭新阶段
本文的叙述表明，爱因斯坦的光速极限性原理并非金科玉律，以严格的科学态度来分析，超光速联系和超光速运动也是允许存在的。利用超光速的弥散态背景场，可以建立宇宙中各种文明之间的超光速通讯联系。诚然，桉标准时空论，粒子和物体的整体运动速度只能是亚光速的，但是，弥散态(背景场、缔合场)和聚集态(粒子态、超密态)可以相互作用和相互转化。特别是人的意识活动作为最高级的物质运动形式参与其间。例如，据我的理解(39)，所谓人体的内气外气，就是指源于人体生命运动而在体内外运行不息，并包含有生命信息的弥散态背景场物质。因此，可以设想，在星际空间作弥散态的超光速飞行，而在其始点和终点，借助于某种未来的技术，分别实施粒子态—弥散态和弥散态—粒子态之间的互逆的信息守恒的转换，这样，整体效果上的超光速飞行也可能得以实现。
研究和掌握超光速运动的科学和技术，是意义无与伦比的事业。按照对地球已有文明的考察，通常把物质运动依照从低级到高级的次序分为机械运动(位移运动)、物理运动、化学运动、生命运动和社会运动等五种基本运动形式。但是，如果人类掌握了超光速运动的科学和技术，地球已有的文明将会产生巨大的质的飞跃。一种新型的更高级的物质运动形式—星际社会运动就会现出在人类文明之中。我在《循环演化律》(40)中描述了这种前景：“在高度合理、美好的社会中，人类思维运动高度发展，人类深刻地认识了物质运动的规律性(如真空场物质的运动规律，真空场与实物的转化规律，以及人体和人脑自身的运动规律)，结果驾驭物质和能量的能力大为提高，可以移居异星球，自由来往于星际空间，并与地外智慧生命建立了友好联系和合作关系，共同组成了星际社会。此时，一种新型的更高级的可称之为星际社会运动的基本运动形式就产生了。”这里说的真空场物质，就是指超光速运动的弥散态真空背景场。
研究和掌握超光速运动的科学和技术，人类才能真正摆脱自己的孤独和愚昧，与各外星文明联系起来，进入星际社会运动的绝对崭新的时代！这就是我们探索新时空理论的伟大而深远的目标、任务和意义之所在。
(参 考 文 献)
(1) 谭暑生：以太论的历史发展，《自然辨证法研究》，3(1987)7
(2) 北京大学哲学系编译：《古希腊罗马哲学》，商务印书馆(1961)17,68
(3) 转引自黑格尔：《哲学史讲演录》，第2卷，商务印书馆(1960)330
(4) 卡约里：《物理学史》，内蒙古人民出版社(1981)61
(5) 谭暑生：老子的“有生于无”和现代科学的自然图象，《自然辨证法研究》，1(1990)10
(6) 莱布尼兹：致德雷先生的信：论中国哲学，《中国哲学史研究》，4(1981)89
(7) 丁韪良：笛卡儿的“以太”、“旋涡”说与张载的“太虚即气”说，《陕西师大学报》，4(1982)93
(8) 许良英，范岱年编译：《爱因斯坦文集》，第1卷，商务印书馆(1976)120
(9) 爱因斯坦，英费尔德：《物理学的进化》，上海科学技术出版社(1962)86
(10) 温伯格：《引力论和宇宙论》，科学出版社(1980),第14章
(11) R.A.Muller,Scient. Amer, 238(1978)64
(12) P.G.Bergman, Found. Phys, 1(1970)17
(13) V.F. Weiskopf, Science, 203, 4377(1979)240
(14) H. P. Stapp, Found. Phvs., 9(1979)1
(15) 哈肯：二十世纪八十年代的物理思想，《自然杂志》，7(1984)581
(16) N. Rosen, Phys. Rev, D3 (1971)2317
(17) 胡宁：爱因斯坦的物理思想和研究方法，《自然辨证法通讯》3(1979)26
(18) 狄拉克：我们为什么信仰爱因斯坦理论，《自然科学哲学问题丛刊》，3(1983)
(19) 爱因斯坦：《狭义和广义相对论浅说》，上海科学技术出版社(1964)19
(20) 同(8), 第1卷，第25页。
(21) 同(8), 第2卷，第83页。
(22) 张元仲：《狭义相对论实验基础》，科学出版社(1979),第2章
(23) 谭暑生：标准时空论，《国防科技大学学报》，1(1984)151-202
(24) 谭暑生：关于时空性质的新假设和推广的伽利略变换，《大自然探索》，3(1985)51；标准时空论力学，《大自然探索》，4(1985)46；在四维形式下和一般坐标系中表述的标准时空论，《大自然探索》，1(1986)55；标准时空论的实验检验和一般评述，《大自然探索》，2(1986)57
(25) 谭暑生：绝对参考系和标准时空论，《自然杂志》，11(1990)721
(26) 谭暑生：狭义相对论的新探讨，《科学前沿与疑难集》，湖南科学技术出版社(1986)
(27) 董光壁、谭暑生等；《物理时空新探》，湖南教育出版社(1992)。(可汇10元向本文作者邮购，款到寄书)
(28) 狄拉克：相对论和量子力学，《现代物理学参考资料》第3集，科学出版社(1978)
(29) B.d Espagnat, Scient. Amer., 241(1979)5
(30) 董光壁、田昆玉；《EPR关联之谜》，陕西科学技术出版社(1988)
(31) 罗嘉昌：爱因斯坦定域性破坏的哲学意义，《自然辨证法通讯》，3(1981)37
(32) J.S.Bell, Physics, 1(1964)195; J.S.Bell, Rev. Mod. Phys., 38(1966)447
(33) D. Bohm, Process Studies,8(1978)89
(34) J. P. Vigier, Lett. Nuovo. Cim., 29(1980)467
(35) 卢鹤绂：《哥本哈根学派量子论考释》，复旦大学出版社(1984)，附录1
(36) A.Guth等：爆胀宇宙，《科学》，9(1984)50
(37) 龟渊迪：奇异的超光子，《现代物理学参考资料》第1集，科学出版社(1976)38
(38) 谭暑生：元气论和现代物理学，《求索》，1(1991)74
(39) 谭暑生：论物质、意识、意识活动及其相互作用，《自然辨证法研究》，1(1993)
(40) 谭暑生：循环演化律，《自然辨证法研究》，2(1991)9
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