收稿日期]2010-06-年学院结业,硕士,中级工程师,现主要从事无线讯号技术方面的研究工作。数学学的空间概念辨析禹业茂(广州捷思锐无线科技研究所,上海摘要]综合宇宙膨胀、卡西米尔效应、量子场论的真空能量以及星体的核聚变等,剖析得出:空间是由物质转化而至,空间与物质是同质的;物质与空间之间存在互相转换函数关系,物质可转化成空间,间可转化为物质;空间不是物质的属性,而是物质的另一种特殊形态;空间是客观实在、独立存在的,但其性质不是牛顿绝对空间的几何不变,而是与物质或运动互相作用,与广义相对论的空间几何特点一致。结合宇宙背景幅射光子数密度、核聚变反应的光子形成百分比,估算出物质与空间转换关系函数的转换系数。关键词]空间;核反应;宇宙膨胀;宇宙背景幅射中图分类号]O41文章编号]1673-1409(2010)03-N446-03空间概念是化学学的最基础概念之一,其中涉及空间性质和空间内在本质两方面。随着科学的进研究者对空间性质的了解渐渐清晰,而对空间内在本质的认识却仍然存在争辩。基础概念的模糊会限制基础数学理论的进步。因此,笔者综合宇宙膨胀、卡西米尔效应、量子场论的真空能量以及星体的核聚变等,对化学学的空间概念进行辨析。
空间概念的发展空间、物质与时间是数学运动理论的最基本概念。关于空间概念,从古埃及时代开始,便仍然存在绝对空间和属性空间之争,后者觉得空间是独立的、客观存在的真实客体,而前者觉得空间是物质的广延和物质的属性。牛顿觉得“绝对的空间物理学质量的定义,其自身特点与一切外在事物无关,处处均匀,永不联通。”绝对空间的概念是牛顿数学学理论的重要内容,由于牛顿第二定理中的加速度概念,须要一个绝对空间参考系。在牛顿运动理论中,速率是相对的,而加速度是绝对的,加速度只可能是相对于空间的加速度。绝对空间是牛顿运动理论的基本框架或背景平台。随着牛顿数学学的普及,绝对空间观点,渐渐成为关于空间概念的主流认识。到20世纪早期,爱因斯坦推出相对论理论,其中狭义相对论仍是背景相关理论,承绝对空间概念,而广义相对论是背景无关理论,不再须要绝对空间。自发表广义相对论以后,坦开始抛弃绝对空间概念,转而支持属性空间概念。爱因斯坦觉得“空间-时间未必能被看作是一种可以离开数学实在的真实客体而独立存在的东西。数学客体不是在空间之中,而是那些客体有着空间的广延。因而,'空虚空间'这概念就丧失了它的意义。”爱因斯坦在广义相对论公式中加入宇宙常数项来平衡引力维持静态宇宙模型,而加入宇宙常数项平衡引力正蕴涵了属性空间概念,绝对空间的各向同性宇大尺度上是引力平衡的,空间不会收缩,宇宙自然不会因引力而收缩。
至此,属性空间观点渐渐成为主流思想。20世纪数学学上另一个伟大理论是量子理论,其仍是背景相关理论,即精典量子理论的空间仍是绝对空间。量子场论中存在零点能,即真空能量,但是真空能量早已得到卡西米尔效应的试验否认真空是能级的量子场,且富含能量,被看做是物质的一种特殊形态。这儿的真空就是指空间,是不含任何物质的裸空间。在量子场论中,理论推论与试验否认,空间是独立存在的,是绝对空间。由上述剖析可以看出,广义相对论中的空间是属性空间,量子理论中的空间是绝对空间。因而,黄河学院学报(自然科学版)2010期:理工sity()Sep..7No.3:Sci&:/-17空间的本质空间概念既与数学学相关,也与宇宙学相关。从古埃及时代开始,对各类宇宙模型的建立都涉及到对空间概念本质的思考与争辩。20世纪之前,出现的各类宇宙模型都是静态宇宙。1929哈勃发觉速率-距离定理,即星体的退行速率随距离的降低而降低至此膨胀宇宙渐渐成为宇宙学的主流观点。对宇宙膨胀的解释,目前存在2种观点。
第1种观点觉得物质相互分开带来空间的降低,因而带来宇宙的膨胀。这些观点是宇宙学的主流观点,觉得与宇宙平均密度相关的引力决定宇宙的膨胀或收缩。该观点蕴涵属性空间概念,其把空间看作一种物质属性,空间可以随着物质的飘动而自然降低。第2点觉得物质在宇宙大尺度上是静止的,是空间的膨胀带来物质距离的的降低,因而带来宇宙的膨胀该观点蕴涵绝对空间概念,即空间本身的减小带来物质(或星体)之间的距离减小。上述观点都不能解释导致宇宙膨胀的本质缘由,其中第1种观点不能解释是何种力量推进物质飘动,种观点不能解释是何种诱因造成空间的下降。基于第1种观点,可以觉得是宇宙大爆燃形成的初速率造成宇宙膨胀,因为引力的存在,膨胀速率会渐渐降低。但天文观测数据显示,膨胀速率除了没有降低,反倒进一步推动。为解释宇宙膨胀现象,又出现暗能量概念,该概念觉得暗能量形成负压强造成宇宙膨胀,而暗能量究竟是否存在,目前仍然没有着力证据可以否认。综合考虑量子场论的真空能量等诱因,笔者觉得应当承认空间的客观独立存在性,应当以物质静空间膨胀的观点来解释宇宙膨胀,目前最重要的是须要了解造成空间膨胀的真实缘由。宇宙中各类恒星仍然在进行核反应,发生幅射并耗损其质量,而宇宙的尺度也仍然在膨胀。
将上述现象联系上去,笔者觉得宇宙物质的消耗形成了空间,空间的减小造成宇宙的膨胀。空间本质上是物质的另一种形态,空间与物质是同质的;物质可以转化为空间,空间可以转化为物质。这儿定义物质质量与空间容积互相转换函数关系(质空关系):/kg;M为物质质量,kg以宇宙中产率较高的氢元素核聚变过程为例,其形成的光子填充空间,产生宇宙的背景幅射。基于估算一定的物质消耗所形成的空间容积和质空系数。1)宇宙背景幅射的光子数密度气温为的宋体,光子能量密度由普朗克公式给出为玻尔兹曼常数,1.为普朗克常数,6.为光速,2.为宇宙背景幅射气温,2.725K;γ为光波频度,Hz在光波频度γ和γ+dγ之间,单位容积的光子能量:在光波频度γ和γ+dγ之间,单位容积的光子数目为:对频度积分,得气温kThc=2.404因而:N(T)=19.22πkThc期:理工禹业茂:数学学的空间概念辨析的参数值,由式(6)估算得宇宙背景幅射的光子数密度N(T)=4.种反应:质子-质子循环(PP循环);炭-氮-氧循环(CNO循环)。其中炭、氧并不消耗,只起接触媒作用。
上述个氢原子核合成1个氦原子核,释放2个光子:He+2e氦原子质量是4.=1...=4.)质空系数按照上述估算得到的宇宙背景幅射的光子数密度和1次氢核聚变损失质量,可得到质空系数:4.4.29kg=1.1020按照上述方式,即通过结合宇宙背景幅射光子数密度和核聚变反应的光子形成百分比,可以推断出与质空转换关系相关的质空系数。1)空间不是“虚无真空”亦不是物质的一种广延或属性,而是客观存在的化学客体。物质可以转化为空间,空间可以转化为物质;空间是一种特殊形态的物质,物质是一种特殊形态的空间;空间是物质的展开,物质是空间的汇聚。2)质空关系的空间不同于牛顿的绝对空间。牛顿的绝对空间,是客观独立存在,而且不受任何物质与运动的影响,而基于质空关系的空间,是客观独立存在的,但亦是物质的另一种存在形态,会遭到物质与运动的影响而变化。基于质空关系的空间几何,不是牛顿平直不变的欧式空间几何,而是与广义相对论的空间几何特点一致。
3)质空关系以及质空关系的空间概念,与相对论的核心和量子理论核心并无冲突。4)基于质空关系,可以更好地理解化学学另外2个基础概念,即能量与场。在一点或一定区域内,物质是不能叠加的,而能量与场却可以无限叠加。因而,能量与场不是物质的某种形态,不具有客观独而是屈从于物质或空间的属性或性质。基于质空关系的空间概念,可以更好的理解化学学和宇宙学基础理论。译.上海:上海学院出版社,2006.译.上海:商务出版社,1976..上海:高等教育出版社,2007..上海:科学出版社,2005..上海:科学出版社,2007.胡方浩译.广州:福建科学技术出版社,2005.李泳译.广州:福建科学技术出版社,2008..上海:高等教育出版社物理学质量的定义,2001..上海:高等教育出版社,2004.黄河学院学报(自然科学版)2010