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质量M、长度L、时间T作为物理学量纲式中最基本的三个物理量，指代的究竟是什么？分别具有什么样的物理意义？物理学理论中一直没有给出明确的回答。相对论创立百余年来，物理学界一直围绕着同时性到底是相对还是绝对的问题争论不休，诺贝尔物理奖得主劳克林指出：现代理论物理学的任务是说明空间和时间是什么。这话就说得非常中肯而切中要害，本文就围绕这两个问题展开讨论。 一、M、L、T的意义 1、从量纲式谈起 物理量虽说有基本量和导出量之分，却都可以用质量M、时间T、长度L三个基本量统一表示，为检验物理关系式的正确性提供了方便而可靠的保障。比如被称为能量的量纲式〔E〕=〔L2MT－2〕，其中的指数2、1、－2就是该物理量对于长度、质量、时间的量纲。在国际单位制电磁学量中，电阻和电感的量纲式分别为〔L2MT－3I－2〕和〔L2MT－2I－2〕，而在电磁学的高斯制单位中却非常简明地被记为〔L－1T〕和〔L〕。量纲式的应用实践证明，无论是力学还是热学、光学、电磁学所使用的物理量，都可以使用由M、T、L组成的量纲式予以表示，足以说明M、L、T是物理学理论中三个最基本的物理量。 高斯制单位和国际单位制的差异，仅在于对L、M、T使用的单位不同，前者被称为厘米、克、秒制，后者则称为米、千克、秒制。在高斯制单位中，电容、电阻、电感的量纲式中，却都不包含M。据此不难发现： 推论一：长度L和时间T是比质量M更基本的物理量。 2、物质～空间系统论 爱因斯坦指出：“科学从科学发展前的思想中将空间、时间和物质客体（其中重要的特例是‘固体’）的概念接收过来，加以修正，使之更加确切”（1-P113）。 空间、时间和物质这三个最基本概念既然来自于“科学发展前的思想”，当属于哲学概念而无疑。而科学的本质特点有二：一是用概念表述的物理量都可以精确测定，二是可以被任何人所重复——这三个概念中就只有时间能够满足科学的要求，其余两个均不属于科学的范畴。 马上就会有人反诘说：空间和物质同样都可以精确测定，前者用尺子、后者用天平。请注意：用尺子测出的叫做长度L，用天平测出的叫做质量M；加上时间T三者构成了物理学量纲式。由之不难看出，物质和空间属于哲学范畴的基本概念，而只有M、T和L才能算是适用于科学的基本物理量。 据此可以将物质、空间、M、T和L的逻辑关系表示如下： 实体概念：物质 空间 （属哲学范畴表述共性的抽象的类概念） ↓ ↙ ↘ 属性概念：质量 时间 长度 （属科学范畴计量个性的“类空”概念） 表述共性的类概念只有称谓作用，除了指代实际存在的东西之外，不再表示任何意义；物理学理论中使用物质、空间这两个概念，就只有泛指物理客体的作用。 表示个性的物理量，属于可以由任何人反复测定的、且具有确定计量单位的属性概念，并不指代任何实际存在的东西。 很显然，物理学量纲式中M、T、L三个最基本的物理量，分别用于指代物质和空间的不同属性：时间T、长度L跟空间的关系，与质量M跟物质的关系完全相同。物质和空间两个哲学概念，在物理学理论中只有泛指研究对象的作用，并不具有任何物理意义；而用于描述自然规律的物理学方程，却只使用表示属性的M、L、T等概念。 推论二：物理学的自然观应该是物质～空间系统论。 推论三、T和空间是从属关系，跟M和物质的关系完全相同。传统理论中使用“空时”或“时空”的陋习必须彻底予以改正。 3、六个定义 依据物质～空间系统论的自然观，可以得出如下六个定义： 宇宙（指universe而不是cosmos）是由物质和空间构成的巨系统。 边界条件是：宇宙之外再也没有任何基本存在。 物质：指用量纲式中M计量的、可以被分隔成独立个体的基本存在。 空间：指宇宙中除物质之外，用量纲式中L、T计量的所有空域。 时间T是用于计量空间中任意一点弯曲程度的基本物理量； 长度L是用于计量空间中任意两点之间间隔的基本物理量； 质量M是用于计量物质的量的多少的基本物理量。 物质的“质”用量纲式中的M度量，计量单位用kg（千克）；空间中任意一点的弯曲程度用T度量，计量单位用s（秒），任意两点之间的间隔用L度量，计量单位用m（米）。L和T分别用于度量空间的两种“质”；物理学理论中用L、T的函数表述的物理量，均用于指代空间中的一种“实体”结构，用L和T表述的方程，均用于描述空间中存在的一种自然规律。 物理学量纲式中的T、L、M，都是用于计量客观存在基本特性的属性概念。 为了避免由哲学概念和科学概念的混淆可能产生的歧义，在未来的物理学理论中应该采用符号表示法，分别使用 Z系统、N系统、M、T、L取代物质、空间、质量、时间、长度五个最基本概念。 “亚里士多德关于称谓和关于基本实体的学说，就发展而为实体的诸属性相互联系而基本实体之间却相互分离的学说了。所有的现代认识论和现代宇宙论都为此问题而大伤脑筋”（2-P298）。怀特海指出的这种“大伤脑筋”的问题，在有了这六个概念之后，加上对实体概念和属性概念的严格区分，基本上就可以被消除殆尽。 二、同时性问题 物理学理论中所谓的同时性，指的是同时发生在空间中不同点的两个物理事件，如果这两个系统内使用同样精确的“钟”，在事件发展过程中的任何不同时刻，两个“钟”所记录的T是相等还是不等的问题。 无论经典物理学还是相对论，要描述运动都需要进行坐标变换；经典物理学使用的是伽利略变换，其中存在t’=t的关系，意思是无论何时何地“钟的读数一致”都成立，被称为同时性是绝对的。“相对论终结了绝对时间的观念！这样，每个观察者都有以自己所携带的钟测量的时间，而不同观察者携带的同样的钟的读数不必要一致”（3-P30）。其意就是在不同坐标系中都“使用同样的钟”，并不存在“钟的读数一致”之关系，这种观念就被称为同时性是相对的。 相对论创立百余年来，围绕同时性的绝对性、相对性，一直都争论不休，迄今也没有一个定论。实际上同时性的相对性并不是相对论带来的新观念。高中《物理》教课书中明确指出：同一台钟在不同的高度或纬度，经过相同的时间间隔（比如一昼夜）所记录的数据本来就不相同。广播、电视每隔半小时就要提供精确的时间信息让“对表”，足以说明全中国使用的都是相对于北京“钟的读数一致”的相对的T。 牛顿曾经指出：“绝对的、真的及数学的时间是自身在那里流，而因其性质是等速的且不与外界任何对象有关。此时间亦可名之为绵延（dauer）。相对的、貌似的及平常的时间，是绵延的，可精确或不齐，而寻常则可用此而不用真时间，如年、月、日、钟点均是”（4）。经典物理学要求“钟的读数一致”，相对论要求“使用同样的钟”，两种理论关于T的观念差异仅此而已。“钟的读数一致”虽说对于协调社会群体活动非常实用，使用的却是属于“可感的及外界的度量”的“相对的、貌似的及平常的”T。只有“使用同样的钟”所记录的，才是空间中不同位置“自身在那里流”的“绝对的、真的及数学的”T；物理学要描述真正的自然规律，就必须使用这种具有“同时性的相对性”特点的“真的”T！以牛顿范式物理学为典范发展而来的经典物理学，充其量只达到准科学的水平，因为所使用的都不是“绝对的、真的”T！ 依据物质～空间系统论和上述对T的定义，伽利略建立在欧氏几何基础上的L-T结构变换，认为空间中任意一个点的弯曲程度均为0，即t’=t成立，这种“同时性的绝对性”观念，跟人类与生俱来为协调群体活动的实用性追求相吻合。而相对论建立在非欧几何基础上的L-T结构变换，所描述的空间中任意一个点的弯曲程度均不相同，即t’=t不能成立，于是就产生了“同时性的相对性”观念。实际上经典物理学和相对论的时间观并不矛盾——经典物理学突出的是实用性，强调“钟的读数一致”，忽略了不同高度T的差异性；相对论所描述的是真正的自然规律，具有客观的真理性，从而将“同时性的相对性”视为应该关注的焦点。 伽利略的L-T结构变换原理承认同时性的绝对性，使用的却是“可感的及外界的度量”的相对的T；洛仑兹的L-T结构变换原理认为同时性总是相对的，使用的则是“自身在那里流”的绝对的T——在与T相关的理论中，必须严格区分“时间”和“同时性”这两个概念。物理学方程中使用的是T而不是同时性，经典物理学中使用的是相对时间而不是绝对时间，传统理论中所谓的“相对论终结了绝对时间的观念！”，就恰恰是把“相对”和“绝对”的关系弄颠倒了。 三、实用性≠真理性 人们往往都会忽视实用性≠真理性这条最基本的自然原理。以牛顿力学为典范发展而来的经典物理学虽说非常实用，由于在依据惯性系理论进行坐标变换时，使用的t’=t并不符合客观的实际情况，所描述的规律充其量只达到了准科学的水平。只有遵照相对论揭示出的同时性的相对性原理去描述自然运动，才能更逼近真正的自然规律，具备客观的真理性。 2006年庞加莱猜想被“完全证明”，即为空间中存在着三维圆球提供了一个数学模型。在人类生存的三维弯曲空间中，除非是在同一纬度的同一等高线上，t’=t都不能成立！严格地从科学的角度讲，惯性定律根本就不能适用于我们生活其中的三维弯曲空间——同时性的相对性具有真理性，同时性的绝对性只有实用性；经典物理学使用的是相对时间，相对论使用的是绝对时间。未来科学绝不应该再犯将“相对”和“绝对”混淆倒置的错误。
参 考 书 目
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周吉善 （jishanzhou@126.com） 上传2007.02
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