什么是空间？
空间
∙作者：候工 2015-07-30 20:53
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什么是空间？
这个问题，从来没有一个精确的定义。目前存在下面几种空间观：
（1）“鱼缸空间（独立空间）”观
“鱼缸空间”的观点来自人类日常生活的体验：如果我们生活在狭小的空间里就会感到窘迫，生活在宽敞的空间里就会感到舒畅。俗话说，海阔随鱼跃，天高任鸟飞，如果没有空间，鱼儿怎
么游？鸟儿怎么飞？
抱有“鱼缸” 空间观的人认为空间是独立于物质存在的，先有空间后有物质。物质的存在有赖于空间的存在。空间大于物质，物质才能运动。空间就象鱼缸，物质就象鱼缸里的鱼。物质在空间里运动，就象鱼在鱼缸里游荡。牛顿就是这种观点的代表，他说：“绝对的空间，就其本性而言，是与外界任何事物无关，永远是相同的和不动的。相对空间是绝对空间的可动部分或者量度。”（摘自《牛顿自然哲学著作选》27页）牛顿的话表示两层意思：（1）空间独立于任何事物而存在；（2）空间是绝对的，不变的，不会膨胀，也不会缩小。
（2）“分裂空间（相对空间）”观
支持这种观点的理由，是因为速度直接近光速的物体，其体积都很小，例如自由电子贝塔射线，其直径是5.6*10^－15m，最小粒子的速度等于光速，直径更小，只有3.3*10^-15m，这似乎验证了“速度越大，空间越小（尺缩效应）”，这里面确实迷雾重重，没有耐心是搞不清楚的。
我们平时说的速度，是指其自然速度。自然速度是一种新的运动学概念，是指联动系统中两个环节之间的相对速度。比如：汽车的自然速度是它相对于地面的速度；地球的速度也是其相对于太阳的速度；宇宙飞船的速度，是相对于地球中心的速度……根据计算，宇宙半径为137亿光年。由于宇宙球面膨胀，如果两个天体间的距离达到137亿光年，两者互相远离的速度刚好等于光速c，这么高的速度，两者的空间应该等于0，但是实际上两者的空间并不会缩小，更不会趋于0。一个物体相对于另一个物体的速度等于光速，其空间是不会发生变化的，也就是说，空间与自然速度无关。例如，我们地球与137亿光年远的天体的相对速度等于光速，但是我们地球的空间并没有缩小，更不会为0。但是，为什么宇宙射线的物质粒子的自然速度接近光速呢？这是因为它在物质里面的速度也就是这个速度。例如，电子在原子核外旋转的速度就接近光速，一旦当它飞离原子核的束缚成为自由的贝塔射线时，就表现出本来的速度。好比链球飞出去的速度，就等于它旋转时的速度一样。当然，链球飞出去的体积（空间）还是等于它旋转时的体积。同理，贝塔射线中自由电子的（空间）大小还是等于它在原子里的（空间）大小。你总不能将电子的大小来同原子比吧？那更不能与原来的物体比了，所以说物体的空间与速度无关。
物体的速度已经等于光速了，电子离开物体以后的速度又接近光速，两个速度相加，不是超
过光速了吗？当然不会了。实际情况是这样的：物质粒子离开物体以后，就成为独立的物体即自由粒子，它的总速度——线速度与自旋速度之和仍然等于光速。自由粒子好比是链球，人的速度已经等于光速了，链球的速度加上人的速度，岂不是超过光速？实际上，链球的总速度还是等于光速的。同理，光源的速度等于光速，光线的速度也等于光束，当光线离开光源后，就成为独立的了，那么它的总速度也就必然等于光速了。凡是独立物体的速度都是相对速度，链球的速度是相对于我们的速度，自由粒子的速度是相对于我们的速度，光速也是相对于我们的速度。相对于我们的速度当然是自然速度，自然速度的总和的方向都是径向的，如毛线球内部杂乱无章的方向的总和的方向就是拉动毛线的方向，然而，毛线球却是沿着球面方向滚动的。同理，物体的方向也是杂乱无章的，它的速度总和的方向就是宇宙球面膨胀的方向，而物体（包括光线）却是沿着宇宙球面方向运动的，例如宇宙飞船可以飞到其它星球，太阳射线和光线可以到达其它天体。只有这样，自由粒子才能均匀地补充到宇宙球面中去。
既然说宇宙运动是匀速的，为什么宇宙空间会膨胀呢？这是因为宇宙空间是一个球面，当球面沿着径向匀速运动时，球面就会自然膨胀了。
还有另一种说法：“物体的宏观速度增大了，其微观速度就会减少，内能随之减小。根据热胀冷缩原理，其体积（空间）就会缩小，说明速度与空间有关。”这里其实主要是速度与能量有关，这是（1）式（质能方程E=mc^2）决定的，其中c就是速度。热胀冷缩原理说的是体积（空间）与温度的关系。这里面的关系是要分清楚的：上面曾经说过，天体间的相对速度与距离有关，而与温度无关。例如我们与137亿光年远的天体的相对速度等于光速，而与月球的相对速度只有3.8厘米/年，我们的大小和温度并没有因为这两个不同的相对速度而改变。前面已经说过，根据（1）式，物体的能量（内能温度）与其质量有关：质量越大，温度越高。例如，地球质量比月球大，其温度比月球高，太阳的质量比地球大，其温度又比地球高。温度（内能）是因分子碰撞产生的，在物体宏观速度不变的情况下，根据速度守恒定律（见后），温度升高，分子速度增大，电子的速度就会减小，总速度不变。热胀冷缩主要是分子的贡献，与物体总速度无关。
（3）“绝对真空”观
星球在太空运动，太空是怎样的空间呢？以前，人们认为太空是没有任何物质的绝对真空。如果太空中没有任何东西，为什么有宇宙射线存在呢？后来，有人认为光是一种波，必须有
介质才能传播，于是假设太空中充满以太，但是由于没有发现以太子而否定了以太的存在。因此，直到现在，一般人还是认为太空是绝对真空。这里问题又来了：太空有宇宙射线，而宇宙射线就是从物体中因衰变而飞出来的物质粒子，说明太空不是没有任何物质的绝对真空。
（4）“空间不存在”观
有人认为根本没有空间存在，宇宙只有物质没有空间，所谓空间，只是物质运动的范围。
究竟谁是谁非呢？
第（1）种观点来自人类日常生活的体验，容易被一般人接受。但是，这种观点是局部的狭隘的地球思维，往往只看到事物的表面而看不到事物的本质，因而犯了经验主义错误——如果说空间与物体是各自独立存在的，那么物体就可以从空间中抽离出来。当物体从空间中抽出来以后，这个物体还有空间吗？如果没有，那么这个物体就不能存在，就反证了物体与空间是一体的不可分离的，即空间不能独立于物体而存在；如果有，原来的空间就是多余的，也就是说，在物体之外是不存在空间的。可见，“鱼缸空间（独立空间）”观仅是事物的表象和人类直观的感觉，并不能说明空间的实质。
任何空间都是有物质内容的——没有你就不会有你这个人的空间，没有地球就没有地球空间，没有太阳系就没有太阳系空间，没有宇宙也就没有任何宇宙空间了。可见，将物质和空间分开的“鱼缸”观是对空间的误读。
由于空间不可以独立于物质存在，所以牛顿的第（1）层意思是错误的；由于空间会随着时间膨胀，因此牛顿的第（2）层意思也是不正确的。
关于第2种观点：爱因斯坦认为空间会随速度而改变，即世界是不统一的，但是他又认为世界是统一的（爱因斯坦后半生花费了大量的精力和心血，就是要建立统一场论）。 显然，如果空间会随速度变化，那么世界就不可能统一了，统一场论也就没有立论的基础，说明爱因斯坦自相矛盾。实际上爱因斯坦认为世界是统一的，这是对的，统一场论也是成立的，因为宇宙只有一个参照系。宇宙是个球面，球面只有一个参照系，就是以球面的球心（见后）为中心的球坐标系，所以统一场论是成立的——宇宙球面就是一个统一场。
以牛顿力学的观点来说，宇宙就是一个统一的“惯性系”，因此宇宙的空间是统一的。爱因斯坦认为空间是相对的，错误在于他认为宇宙存在多个参照系（惯性系和非惯性系），人为的将宇宙空间割裂开来，这显然不符合实际：如果有不同的空间，所有物体就不可能共同存在
于一个宇宙的空间内——也就是说，你有你的空间，我有我的空间，我们永远走不到一个空间里。如此说来，宇宙就成为一个四分五裂的空间。
第3种观点认为宇宙存在没有任何物质的绝对真空，太空就是绝对空间。
根据同速共存原理，绝对空间没有物质运动，其速度为0，所以不可能与物质宇宙共存，说明绝对真空是不存在的。如果将一个密闭容器里面的空气全部抽出来，里面是绝对真空吗？不是的，里面还有最小粒子——最小粒子太小了，可以自由进出任何容器。
第4种观点透过现象看到了事物的本质，基本上是对的，但是错误在于否定空间的存在。
显然，空间是存在的，但是不能独立存在。实际上，空间是物质的范围，是物质的属性。它依附于物质而存在。
鱼儿离不开水，但是，水不是专门为鱼儿而存在的空间。水的空间是水本身的范围，鱼儿只是利用了水的空间。当鱼儿在水中游荡时，将水排开而占用了水的空间。鸟儿在天空飞翔，然而，天空不是专门为鸟儿而存在的空间。天空的空间是空气本身的范围，鸟儿只是利用了空气的空间。当鸟儿在空中飞翔时，将空气排开而占用了空气的空间。
星球在太空运动，太空又是谁的空间呢？以前，人们认为太空是没有任何物质的绝对真空，后来，有人认为太空是以太的空间，但是由于没有发现以太子而否定了以太的存在。因此，直到现在，一般人还是认为太空是绝对真空。这里问题又来了：太空有宇宙射线，而宇宙射线就是从物质中跑出来的物质粒子，说明太空不是没有任何物质的绝对真空。
您可能会说：“将鸟儿关在笼子里，就飞不上蓝天；将宇宙放在没有空间的地方，它怎么能膨胀？”
笼子是人为的，不是自然的，所以笼子可以将鸟儿关住。宇宙是自然的，没有人将它关进笼子。宇宙不受任何约束，所以宇宙可以自由地膨胀。宇宙的膨胀是自身运动，根本不需要外部空间。
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