第二章 空间
1. 从空间几何学到空间物理学
第一章采用了一个初始命题:空间被视为一种首要的连续物理介质,能够处于不同状态。
现在有必要进一步明确这一命题的含义。
在现代数学物理中,可以借助坐标、距离、几何和度量来描述空间。这套工具能够极其精确地确定事件与对象之间的关系。
然而,对空间几何结构的描述并不必然回答空间自身物理本性的问题。
坐标系描述过程发生在哪里。
度量确定位置与事件之间的关系。
但仍存在一个独立问题:空间本身是否具有物理状态,而这种状态的变化能否成为可观测现象的原因?
空间基础物理学把这一问题作为其核心问题之一。
在本模型中,空间不仅被视为物理过程存在的几何条件,也被视为这些过程可能的物理载体。
2. 以太概念
为了专门指称这种物理意义上的空间,引入“以太”这一术语。
在空间基础物理学中,以太被理解为:空间中统一、连续的物理介质,能够具有局部状态、改变该状态,并在不同区域之间传递变化。
这是一个工作定义。
它有意不预先赋予以太质量、黏度、弹性、电荷或某种具体机械组成等性质。
如果这些性质确实存在,就必须从模型的进一步发展中推导出来,或者通过实验发现。
因此,这里的以太不应被想象成填充某种更基础虚空的普通气体、液体或固体。
在本构想中,以太与物理空间表示同一基础的两个方面:
空间——它的广延以及关系结构;
以太——它能够处于物理上不同的状态并参与过程的能力。
这种区分使我们既能保留通常的空间几何概念,又能同时研究其可能的物理本性。
在更广泛的构想中,空间还被视为组织的潜在载体——一种能够保存并实现某种状态秩序的信息介质。然而,这一性质的物理本性以及空间可能具有原初可编程性的问题,超出了本章范围,属于一个独立方向——“本体宇宙学”。在这里,空间主要从物理方面加以考察:作为一种具有状态、可变性以及传递变化能力的介质。
3. 连续性
赋予以太的第一个性质是连续性。
这意味着空间相邻区域之间存在物理联系,一个区域状态的变化能够潜在地影响相邻区域。
把空间在点 r、过程某一阶段 t 的状态记为 S(r,t)。
S: (r, t) → S(r, t)
这种表示的物理意义在于,状态具有空间结构。
如果 S(r1,t) ≠ S(r2,t),那么两个区域之间就存在状态差异。
这种差异潜在地形成过程发生的条件。
因此,连续性并不意味着空间绝对均匀,而是意味着其局部状态之间具有连续的关联。
4. 空间的局部状态
仅仅断言以太存在是不够的。
为了使这一构想成为物理理论,必须定义能够描述其状态的物理量。
在空间基础物理学的初始材料中,反复出现三个概念:密度、强度、相位。
因此,引入一个工作状态向量:
S(r,t) = {ρ(r,t), σ(r,t), φ(r,t)}
其中,ρ 是空间状态的密度参数;σ 是其强度参数;φ 是状态的相位参数。
在这一阶段,它们还不是最终确定的物理量。
它们是模型变量,其物理意义和单位必须被一致地定义。
因此,不能预先把 ρ 等同于通常的质量密度,也不能把 σ 等同于物质的机械应力。
它们是假设的空间介质的参数。
