物理空間相變發生論文

導語：物理空間相變發生論文一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要物理空間是熱力學平衡的能量系統，可以在激發條件下相變并產生量子化能量。自由量子與空間的結合使之以光速運動。自由能量與空間的作用是最基本的物理相互作用，也是其他物理相互作用的基礎，是熱力學、量子力學、相對論三者統一的基礎。時間的方向就是能量運動的方向。黑洞內部空間可能正是自由物理空間。

關鍵詞空間熱力學平衡相變量子自由能相對論時間熵場黑洞宇宙統一場

微觀物質運動與宏觀宇宙運動的自然邏輯關系是不言而喻的，但是作為這兩個物理領域的主導理論體系，量子理論與相對論的統一卻至今未能實現（1、2）。注意到普遍的物質運動遵從熱力學規律，如果相對論和量子理論分別與熱力學互洽，它們之間必定統一。

設計一個理想的熱力學平衡系統，該系統應當滿足以下條件：1、允許在系統內（包括系統邊界）隨機選擇任意多的檢測點，點的大小是檢測手段可能實現的最小范圍（點區域）。2、允許以任何可能方式對“點區域”的能量狀態進行檢測。3、任意兩個不同點的檢測結果差異都在檢測水平之下。如果檢測在任意精細的水平上進行，滿足上述三個條件的熱力學系統是檢測意義上的熱力學絕對平衡系統。

因為熱力學第二定律要求封閉系統的熵隨時間增大，所以同時設計檢測意義上的熱力學絕對平衡系統在相當長的時間跨度上的熵增也在檢測水平之下，該系統即時間意義上的熱力學絕對平衡系統。一個檢測意義與時間意義上的熱力學絕對平衡系統理論上擁有最大的系統熵，系統在獲得最大無序程度的同時在大跨度時間內也擁有最大的系統穩定程度。一個長時間保持系統狀態不變的、封閉系統的熱力學性質接近上述熱力學絕對平衡系統。

如果給這個系統輸入一個量子的能量，會發生什么？

能量介入熱力學絕對平衡系統后會引起悖論。

首先，輸入能量在輸入點及其附近導致系統能量狀態發生改變，偏離熱力學平衡，這個小的區域理論上將形成耗散結構。如果這樣的耗散結構不能得到適當的反饋而形成穩定的、偏離熱平衡的自組織結構，該結構就是不穩定的，它將在第二定律規定的時間方向上因為耗散而瓦解，并且將耗散能量傳播到鄰近區域。根據設定條件，系統內任意一個區域與其鄰近區域同質、同性，耗散能量的涉及區域也會形成耗散結構，然后瓦解。顯然，只要輸入能量不對系統做功，在足夠長的時間內，這樣的過程將遍歷系統的任意點以及鄰近區域，所以該事件可以被視為全系統事件。

現在存在兩種可能。一是輸入能量彌散至整個系統，最終導致系統內任意點區域的能量增大，系統在相對高的能量上處于熱力學平衡狀態，屬于常態熱力學變化。二是系統的穩定性對介入能量發生強烈反應，致使點區域耗散結構瞬間產生又瞬間瓦解，介入能量雖然轉變為耗散能量卻不能彌散，輸入能量不斷地進入系統又不斷地被系統“反彈”出來。在這種情形下，如果限定輸入能量對系統的做功為零，這個能量就將使系統內的點區域乃至整個系統在足夠長的時間內偏離熱力學平衡，而這種偏離竟然是系統執行熱力學第二定律的結果，意味著該定律在某種終極條件下的執行結果是對定律本身的背反。

問題是：我們是否可以在徹底地接受熱力學第二定律的同時又能對這樣的背反行為做出解釋？

熱力學平衡系統P0在輸入能量e的作用下形成耗散結構Pe，稱該過程為系統P0的激發相變。由于耗散結構不穩定，Pe還原為穩定的熱力學平衡系統P0，同時釋放耗散能量e，稱該過程為耗散結構Pe的相變還原。顯然，只要不以任何形式對系統P0做功，輸入能量e就會經過一個激發—還原過程全部轉換為耗散能量。對于下一個激發—還原過程而言，耗散能量與輸入能量等價并且物理意義相同。如果系統P0完成一次相變—還原過程所需要的時間是t，只要t充分小，我們將很難注意到相變過程，而只是看到輸入能量對系統P0的似乎連續的影響。而如果限定P0的相變只是點區域事件，我們甚至可以認為e對P0的影響以點或線性形式連續存在。

相變對于上述事件在時間軸向上演變的意義在于：無論輸入能量是否無限連續，它在系統P0內引起的一系列事件都將被相變“截斷”為一個個因果相關但又并非處處連續的激發態耗散結構，每個耗散結構還原時所釋放的耗散能量只能是輸入能量的量子單位。因此，系統內活躍的只能是量子化能量，而不是連續輸入系統的能量流。這種情形與神經系統的生理活動十分類似。向動物神經系統外周感受器施加連續的電流刺激，其在神經系統內的傳導是生物電脈沖而不是連續的物理電流，這是因為物理電能在神經元軸突末端突觸轉換為化學能遞質，然后通過化學遞質與受體間的作用引起下位神經元的電脈沖。“突觸換能器”對于神經系統的意義相當于上面所說的系統“相變”。

接下來，只要系統內一系列因果相關的耗散結構的“串聯”方向與外部能量介入系統時的初始方向有關，系統內的自由能（系統有序性構造的標志）就是在矢量方向上運動的量子化能量。

如果絕對熱力學平衡系統的穩定性能夠對介入能量做出“相變”響應，系統就可以根據單位時間內相變發生的次數—相變頻率對介入能量的大小做出評價，或者說該系統內自由能的“量子值”決定于介入能量引起的系統相變頻率。

根據設定條件，一個絕對熱力學平衡系統的能量狀態是無法通過實際測量予以評價的，但是可以用P0表示它的恒穩態的“相”，以Pe表示它的激發態的“相”，根據上面的陳述，這個系統的相變可以表示為：Pe=P0+e，e代表介入系統的單位能量。相變在系統內的傳布過程表示為：P0+e=Pe→P0+e=Pe→……→……，只要e不對系統做功（比如被系統邊界吸收），相變—還原過程將無限次地重復進行。若將相變傳布的矢量性質考慮在內，則有：

P0+e(—)=P(—)e→P0+e(—)=P(—)e→……→……。

如果介入系統的是單一形式的能量流E，相變使得E轉變為量子能量的過程表示為：P0+E(—)=P0+me(—)=mP(—)e→P0+me(—)=mP(—)e→……→……，m為系統內的量子數。系統P0對單位介入能量e(—)的大小的響應形式為系統的相變頻率f，即單位時間t內的相變次數n，f=n/t，而頻率的表達與系統P0的狀態函數f（P0）有關。即：e(—)=f(—)•f(P0)=(n/t(—))•f(P0)。表達形式：P0+E(—)=mP(—)e=P0+me(—)=P0+f(—)•f(P0)=P0+(mn/t(—))•f(P0)。因為m、n均為自然數，所以時間是唯一顯示系統P0內有序能量運動方向的物理矢量，從中我們可以看到有序能量的“量子值”是如何通過時間與耗散結構在系統P0內的傳布方向相聯系的。如果時間t變大而n不變，單位量子的相變頻率降低，“量子值”變小；反之，如果時間t變小，“量子值”增大。如果e(—)對系統邊界做功（為系統邊界吸收），則不能繼續引起系統P0的激發，耗散結構P(—)e的產生和傳布隨之終止，時間對于P0沒有意義。時間是評價偏離熱力學平衡的能量結構在傳布方向上單位量子能量大小的物理量。時間具有方向。時間對于絕對熱力學平衡系統沒有意義。

現在我們已經能夠清楚地看到以光量子為代表的、純粹的物理能量在物理真空（以下簡稱物理空間或空間）中的基本行為方式。事實上，物理空間是迄今已知的、最穩定的“物質”實體，關于它的穩定性我們無從測度或評價。相反，無論經驗還是理論，空間都是我們評價其他物質形式或構造穩定性的物理背景。量子理論認為物理真空是高度無序的能量質體。因此，我們有理由認為物理真空對于任何具體的物理事實都完全滿足所設定的絕對熱力學平衡系統條件。那么，物理真空是否存在能量激發下的系統相變呢？

實驗證實，物理真空具有理想的熱力學黑體性質。根據普朗克輻射定律（Planck`sradiationlaw），M=C1λ—5/exp(C2λT-1)，熱力學溫度T可以通過黑體轉換為波長為λ的量子輻射能量M。如果將熱力學溫度視為向空間連續輸入的能量流E，E將依照該定律通過物理真空輻射量子化能量，這種轉換符合物理空間受激相變—相變還原機制。空間相變機制對于以下基本物理問題具有重要意義。

一.物理空間相變是量子力學理論的動力學基礎

1.物理空間相變與海森堡的“測不準”原理

空間相變使得量子在空間中的運動帶有或然性。由于相變是局域空間的能量激發事件而不是發生在確定點上，因此每一個激發態耗散結構生成的位置只能是涉及區域一個概率點。如果激發態耗散結構的傳布速度為光速，它的每一個激發位置將不能被精確測定，而一旦引入測定激發位置的附加能量，它本身產生的空間激發必然會改變被測量子在傳布路徑上的空間狀態，從而不能客觀地得到被測量子的路徑位置。空間相變機制符合海森堡的“測不準”原理。

基于物理真空的恒穩態性質，它的系統狀態函數f（P0）應該為常數，這個常數就是普朗克常數h=f(P0)=6.626196×10—34Js。就量子的激發位置而言，普朗克常數可能是一個概率值。對于單位量子：e=f•f(P0)=h•f，f—自由量子頻率。

2.物理空間相變與自由量子運動的波粒兩重性

光量子的空間運動路徑是由一系列相變“點”構成的。無論對于空間的“穩態相”還是“激發相”，這條路徑都不是無限連續、光滑的，但只要相轉換速度充分快，光量子的空間路徑就是充分連續的，類似于粒子的連續運動軌跡。然而，相變畢竟是局域空間構造的變化過程，會對鄰近區域的空間結構產生影響，并且以波的方式擴散，這就使得光量子的運動同時具有粒子—波動兩種形式。其中，光量子在時間方向上的矢量運動是謂“粒子”運動，而相變對周圍空間狀態的影響是謂波動。根據相變機制，光量子運動的波粒兩重性不可分割。稱空間對局域相變產生的低能態響應形式為量子場。

這里出現一個問題：如果相變對鄰近區域的影響足以使空間結構發生相變，那么一個光量子就會以光的形式在三維空間中沒有衰減地擴散，等價于復制出越來越多的光量子本身，違背能量守恒定律。因此，物理真空的相變必定對激發條件提出臨界要求，使得相變只能在一個矢量上遞進產生，而相變對鄰近的其他矢量上空間結構的影響因為不能滿足臨界條件而形成量子場。這個激發條件本身必須具有單一的矢量性質，它就是光速。光速的時間方向就是光量子的線性運動矢量方向，與確定光量子頻率的時間方向同一。即：

f(—)•λ=nλ/t(—)=c(—)（光速），λ—光量子波長，f—光量子頻率。

設想物理真空充滿隨機分布的點。因為這些點在任何位置出現的概率相等，所以物理空間處于熱力學平衡的完全無序狀態，可視為能量的均質體，它的任何一個充分小的區域P0狀態與整體相同。受到介入能量的激發，區域空間的無序點以某種有序的形式排列，形成局部的耗散結構Pe，稱這樣的耗散結構為“量子結構”，物理真空相變與量子運動的波粒兩重性.

為空間的熱力學平衡性質所決定，激發區域附近的點也呈現一定程度的有序排列，但不足以產生Pe結構，這樣的有序形式即“量子場”。假定“量子場”內每個點平均攜帶一定的有序能量，隨著“量子場”區域的擴大，會有更多的點參與有序能量的分配，而每個點得到的有序能量則減少。所以，以激發區域為中心，相變對附近空間狀態的影響隨距離增大而減小。

作為一種局域不穩定結構，Pe按照熱力學第二定律發生耗散而瓦解，但耗散能量的釋放具有方向，引起這個方向上下一個P0區域的相變，如此依次傳遞，形成量子的光速路徑。隨著Pe結構瓦解，能量點的分布狀態還原至穩態物理真空，對附近空間的影響也隨之消除。依序發生的、相變對附近區域三維結構的影響—消退過程構成完整的量子波動，稱量子場的傳布為自由量子的本征波動。

必須指出，每個光量子能量僅對受激區域的空間相變負責，與附近區域的空間結構變化無關。空間相變引起的波動是由空間的熱力學平衡性質所決定的。對于恒穩態物理空間而言，相變不會導致自由量子的能量衰減。原理上，自由量子的單一矢量運動對于維持其在時間方向上的持續存在具有重要的反饋作用，考察自由量子e在恒穩態空間P0中的相變機制可以發現，由于量子結構P(—)e的矢量性質，它對矢量前方空間的影響可以使那里點排列的有序程度高于其他方向，獲得在同一能量激發下優先實現相變的較大概率，乃至主導相變的傳遞方向。也就是說，量子場的有序形式指向量子的運動方向。稱量子場有序形式的方向為“量子勢”。量子的矢量運動本身以及量子勢是量子在空間中持續運動的反饋機制—自反饋機制。正因如此，如果一個光量子恰好通過另一個光量子的本征波動區域，量子矢量方向上的空間狀態變化會干擾自反饋機制，它的路徑可能因此改變。稱自由量子本征波動對其他量子行為的影響為相干波動。相干波動使得自由量子的運動方向不能被準確預測。顯示光的波粒兩重性的經典狹縫實驗是對相干波動的直接證明，也是對量子本征波動的間接證明，其本質則是對空間激發相變模式的證明空間相變以及相變傳遞的物理實像即自由量子的矢量運動。每一個相變—還原過程等效于一個穩態空間區域從A移動到B，A與B之間的距離就是量子的波長，每個波長對應一次相變。單位時間內量子以光速經過的距離為nλ，nλ/t=f•λ=c，f=n/t。所以自由量子的頻率f即單位時間t內量子在矢量方向上經歷的相變次數n。

物理空間受激相變產生量子化能量以及以光量子為代表的自由量子的波粒兩重性。其中，量子的“粒子”式運動是量子的本征屬性，而量子場則源于穩態物理空間對局域相變的低能態響應，反映穩態物理空間熱力學平衡的本征屬性。自由量子的波粒兩重性符合海森堡的“測不準”原理，滿足熱力學第二定律和能量守恒定律。

二.物理空間相變是相對論的物理基礎

空間相變要求物理空間是高度無序的熱力學平衡系統，意味著空間是一種實在的、可以與其他物質體系相互作用的能量質體。空間狀態可以通過量子的波粒兩重性以及單位量子的能量得到反映，因此與時間具有不可分割的聯系，符合相對論原理。

量子理論以及相關實驗表明，物質之間的相互作用是通過彼此交換被稱為介子的一類量子實現的。借用這個概念，我們發現空間的受激相變就是激發能量與穩態空間交換“能量介子”的過程，也就是單位自由量子與空間相互作用的物理形式，只不過被交換的“能量介子”就是自由量子（能量）本身。以下將看到，這一概念是怎樣通過相對論得到體現的。假定一個靜止物體對一個自由量子的評價由e=hf=hn/t給出，t是系統的靜止時間。現在我們要求該物體吸收量子e并且因此以速度v運動。根據相變原理，單位量子的能量反映這份能量與空間的結合能力。經典力學定義物體吸收能量并獲得速度增量的過程為物體的加速度a，物理作用力f=a•m。因此也可以說，物體吸收能量獲得速度增量是因為該物體吸收了能量與空間的結合力，加速度是物體與空間作用力增大的結果。

假定物體吸收能量e后并沒有速度變化，該物體就只能按照愛因斯坦方程e=mc2獲得質量增量。無論對于速度增量還是質量增量，e都提供相等的空間結合力，e的等價質量所產生的空間結合力必然等于使物體產生加速度的空間結合力。質量與空間的結合力通過重力加速度表達，即所謂引力場效應，符合廣義相對論原理。具體細節上，我們甚至可以發現量子場與引力場的平方反比關系完全一致。

這里存在一個關于狹義相對論的物理現象。靜止物體吸收能量e后獲得速度v，它的時間將按照洛倫茲變換t`=(t-vx/c2)/(1-v2/c2)1/2發生變化。在相對論速度域(0,c)內，t`t，相對論稱之為時間膨脹。運動物體對同一量子的評價由e`=hf`=hn/t`給出。因為t`t，所以e`e，對于靜止時間，e`=hn/t`=•hn/t，1，量子的能量增大了。這個結果對于量子的波長表達形式也一樣，e`=hf`=hc/λ`，因為洛倫茲變換給出λ`=(λ-vt)/(1-v2/c2)1/2，λ`λ，e`e。結果顯示同一能量對于速度較快或質量較大的物體具有更大的力學效能。例如，分別從地球和太陽表面觀測遠處同一光源的光譜線，太陽處譜線的藍移程度大于地球。相反，從這個光源處觀察地球和太陽同一元素的譜線，太陽譜線的紅移程度將大于地球，即愛因斯坦引力紅移（3）。根據上面的分析，引力紅移效應實際上具有相對論動力學意義。可以說，相對論的本質物理意義在于反映運動系統或質量系統對自由能“作用量”的評價形式。

經典引力作用所遵循的平方反比定律使我們相信，質量物體周圍的空間“序型”是與量子場同質的低能態有序構造，可以參與自由量子的自反饋機制并影響光量子的路徑方向，構造的有序程度與物體質量正相關。我們可以將光在大質量天體附近的彎曲歸因于引力空間的有序程度而不是空間形變，事實上，自由量子的本征波動可能是產生引力平方反比定律、相對論引力紅移以及光線在大質量天體附近彎曲等現象的物理基礎。將質量物體視為自由量子，該物體附近空間的有序程度因為自由量子的存在而增高，但不足以產生激發相變。量子場以及量子勢是量子矢量運動自反饋機制的一部分，因而與時間方向一致。既然物體與空間的結合力等價于自由量子與空間作用力的累計或集合，物體附近空間“序型”的方向應當指向物體，稱這樣的“序型”形式為“向心性序優勢”。顯然，“向心性序優勢”與定義在物理場概念下的“能量勢”的物理內涵完全相同。“向心性序”的優勢隨空間范圍的擴大而逐漸離散，與距離成反比關系。因為入射光的矢量方向與物體附近空間的“序向”一致，量子運動的自反饋機制強化，量子能量增大，波長變短，光譜藍移。相反，出射光線逆“勢”而行，自反饋機制被削弱，量子能量減小，波長增大，光譜紅移。當然，引力空間的“向心性序優勢”也會通過相干波動原理影響附近經過的自由量子路徑，使之內向偏移。

“向心性序優勢”是引力空間的本質物理特征，“向心性序優勢”的方向與引力空間的時間方向重合，指向物體的質量中心。

引力空間的“序優勢”賦予廣義相對論效應以實際物理意義。

隨著物體質量增大，引力空間的“序優勢”逐漸強化。當“序優勢”達到空間相變能級時，空間受激生成自由量子并向物體質量中心運動。經過該區域的其他自由量子在相干波動機制作用下改變矢量路徑，同樣向物體質量中心運動，使得該區域形成黑洞（1、4）。黑洞視界即引力空間的相變臨界或亞臨界區域。

三.統一的物理相互作用

引力是迄今已知最普遍的物理相互作用。一旦我們發現引力及引力場的物理本質其實只是自由量子與空間結合的一種物理形式，后者的物理意義立即凸現。根據相變原理，空間不再僅僅是包容萬物的思想容器，而是一切物質形式賴以構造和運動的物理實體。

A.所有物理運動都是物質系統與物理空間結合的結果。

無論理論、經驗還是實驗，命題A都無一例外地成立。因為如果脫離空間，一切都無從談起。一切物質運動都是物理空間事件，一切物理空間事件都必然有空間的直接參與，否則我們無從知曉。

根據命題A，可以直接得到以下推論：

a.物理測量以物質系統與物理空間的結合關系為物質基礎。

b.任何物質系統的運動都具有波粒兩重性。

c.物質系統之間的相互作用是它們各自與空間作用的結果。

依照質能等價關系e=mc2，宇宙中所有物質構造和運動形式都是能量結構或能量運動的結果，而一旦發現能量的基本單元—量子與空間的結合形式，我們就不再需要除物理空間之外的任何物質實體之間的相互作用，它們之間的相互作用是它們分別與空間相互作用的結果。實際上我們也不可能發現比量子—空間作用更基本的物質作用形式。實驗證明，四種基本相互作用中的強力、弱力和電磁力是通過傳遞明確的介子能量實現的。傳遞引力的介子盡管沒有被直接發現，但是根據相變原理和e=mc2，所有的自由量子都可以成為傳遞引力的介子，因為它們被物體吸收后以等價質量的形式對重力場有所貢獻。

物理空間的熱力學平衡性質（即空間的無序狀態）使之具有充分甚至無限的幾何構造可塑性，可以對任何形式的激發能量做出相變響應并產生相應的自由量子和量子場，產生不同的物理相互作用模式，包括力的強度和力的作用距離，繼而產生不同的物質結構形式或體系。上面的分析顯示，這樣的物質構造過程同時滿足熱力學、經典力學、量子力學以及相對論的基本原理，而由空間相變產生的自由量子—空間結合關系將成為統一場理論的基礎。統一場的物理本質是量子場，量子場的累計或集合構成物理力場。

四.時間之箭

根據相變原理，時間是在定量自由量子的“能值”時引入的，與量子本身的自然運動沒有必然的聯系。經典力學中，時間只是與評價自由量子能量有關的一個物理測量概念。我們可以利用與空間相變完全無關的時間定義一個自由量子的頻率。在這個意義上，時間相對獨立于具體的物理事件。但是相對論表明時間具有運動屬性，根據物體運動速度的變化而變化。對于系統相變和引力紅移效應的分析顯示，作為評價量子能量的物理量，時間的方向必須與自由量子的運動方向保持一致并且必須遵循等效性原則客觀反映量子能量在不同空間狀態下的變化。因此，時間必須具有實際物理屬性并且直接參與物理過程。

時間對于絕對熱力學平衡系統沒有意義。時間就是某種耗散結構存在的標志，而耗散結構必須通過某種運動形式維持其存在。物理真空相變產生自由量子，而自由量子隨即因為耗散而還原，這個過程符合熱力學第二定律，只是耗散能量在量子勢的反饋支持下可以激發下一次相變。所以，自由量子在空間的存在本身就是量子化的，是不連續的。但是對于有限測量精度而言，空間激發態的相轉移是充分連續的，我們看到連續的自由量子光速軌跡，時間也因此連續。本質上，時間是能量的有序狀態。根據能量守恒定律，能量不會消失，所以時間也不會消失，但只是對于能量的有序狀態有意義。能量的有序狀態必然要求“序”的方向，就是時間的方向。

根據命題B，可以有以下推論：

a.時間可以轉移

能量可以由一種有序狀態轉變為另一種有序狀態，時間也因此可以轉移。比如自由量子的能量可以轉換為物體的動能或質量，時間的方向也因此指向物體的運動方向或者引力空間“序優勢”的方向。

b.時間隨耗散結構狀態的變化而變化

時間是能量的有序狀態，所以狀態的改變必然導致時間變化。相對論給出關于物體運動速度或物體質量與時間的關系函數。

c.時間轉移與時間延續的關系不確定

對一個有序結構輸入能量的結果是不確定的，可能以正反饋形式延續其存在，也可能以負反饋形式促其崩潰。自由量子的矢量方向決定于輸入能量的初始方向，而每一次相變產生的量子都是下一次相變的輸入能量，每一個相變“點”的位置不能精確預言。

僅僅限于物理真空受激產生自由量子事件范圍，如果物理真空恒定，只要自由量子不對其他物質系統做功（自由量子對其自身做功），它將在空間中永久存在。但是如果視物理真空為一個能量系統，熱力學第二定律并不阻止自由能量對系統邊界做功，結果將導致宇宙膨脹，每一個自由量子都將為此付出代價，能量衰減，光譜整體紅移。根據命題A(c)，物質系統之間的相互作用將被削弱，包括中子、質子在內的所有基本粒子都將衰變，物質宇宙最終“熱寂”。按照這樣的模式，時間的方向指向宇宙邊界，指向宇宙“熱寂”，與引力空間的時間方向相背。現在我們看到宇宙歷史上系統引力與系統膨脹是如何關于時間直接對抗的，對抗的結果決定宇宙的命運。公務員之家:

宇宙的命運究竟是什么？就是兩種對抗力量的平衡。

平衡的方式或許很簡單。基于自由量子的相干波動原理，足夠強大的宇宙引力可以限制自由量子的活動范圍，避免其對宇宙邊界做功，宇宙邊界將得以穩定。對于邊界的外部而言，邊界的內部是一個黑洞。當然，這就要求引力空間的“序優勢”范圍擴展到整個宇宙。一旦如此，自由量子最終會以連續變化的曲率軌跡向宇宙的質量中心運動，宇宙仍然難逃坍縮的命運。

前面已經談到，物理空間在黑洞視界發生相變，產生的自由量子在“序優勢”的作用下以光速向黑洞的質心運動。設想黑洞是一個容積有限的中空球體，它的質心與球心重合。來自各個方向上的自由量子在球心處相遇，它們的本征波動相干，任何微小的對稱失衡都將引起量子運動的極大混亂，瓦解能量的所有有序結構并最終實現熱力學平衡，物理空間得到還原，時間之箭失去方向。

回顧物理空間的激發相變，可以認為一個獨立的激發狀態Pe不能作為物理實在，只能用“虛”狀態表示，即：Pe•(i)=P0+e。從對稱的角度上考慮，如果從P0中取出單位能量e，則有：-Pe•(i)=P0-e。于是得到結果：Pe2=P02-e2，即：P02=(Pe2+e2)。……（1）,方程（1）中，物理空間的激發相Pe是一個能量“陷阱”，無論量子能量e有多大，P0保持不變，意味著在任何物理相互作用中，物理空間的狀態恒定。即使將宇宙的全部物質作為自由能投入Pe也不會改變物理空間的性質，這也是對物質宇宙與黑洞關系的描述。

那么，黑洞空間需要一個具體的、有質量的“壁”么？試想將宇宙質量放入一個黑洞，它所產生的引力當然足以形成黑洞效應，所謂黑洞空間的“壁”其實與我們熟悉的引力空間沒有區別。的確，相對論黑洞極度緊致，甚至不能容納概念空間，但是相對論效應同時表明，任何一個進入黑洞的自由量子e`=h•n/t`的時間t`都會極大地甚至無限膨脹，量子能量甚至無限增大，相應增加黑洞與空間的作用力，等價于相應的質量增量。根據黑洞的史瓦西半徑r=2GM/c2，在保持黑洞效應不變的條件下，充分大的M的增量允許r充分擴大。另外一個例證來自光電效應。如果用相同頻率的光照射金屬表面，那些運動速度較大的電子應當更容易被擊出它原來的位置。

物理真空好比白紙上一些隨機散落的點。相變造成某個局部的點以特定形式有序排列（量子結構），附近的點傾向性排列（量子場和量子勢），相變還原后這些點回復到原來的狀態，甚至沒有發生任何可以測量的位移。相變的傳遞只是點的有序排列方式的傳遞而不是點本身，譬如電流傳遞的只是電能而不是電子。特定形式的能量傳遞特定形式的秩序，物質體系就是相同或不同能量秩序的集合體。外部宇宙的秩序在通過黑洞時被徹底瓦解。

現在我們可以清楚地理解能量究竟意味著什么。所謂“能”就是特定形式的秩序。當這種秩序在確定方向上運動時取得“量”的概念，它的“量”和方向通過時間得到定義。廣義而言：時間是反映秩序運動方向和大小的物理量，與秩序本身的狀態不可分割。

根據物理空間的熱力學性質，方程（1）中空間的穩態“相”和激發“相”可以用系統的“熵”表示：P0=S0，Pe=Se，則：e2=(S02-Se2)，其中S0是一個恒量。當|e|0時，S0Se。

這樣處理后，量子能量與系統的“熵”聯系在一起。較大的|e|擁有較小的Se，能量的有序程度較高。對于能量的累積形式，則可以表示為：S02=Σe2+ΣSe2。若E=mc2=Σe，則S02=Σ(mc2)2+ΣSe2。根據相變原理，量子結構、量子場以及量子“勢”都是能量系統有序程度的表達，歸結為“場”的有序狀態，通過“熵”Sm2=ΣSe2予以量化評價。粒子之間或粒子與量子之間存在“場相干”，產生波動。S02=e2+Se2可以作為物質運動波粒兩重性的基本表達形式。討論:量子理論研究正在逼近物理真空（2），但是可能受到經驗以及經典力學時空概念的影響，物理空間至今仍然只是物質存在與運動的載體而不是具有獨立意義的物質實體。當然，物理空間無從測量因而無從定義、無從把握的性質也很難被作為具體的研究客體，盡管空間的黑體性質以及相對論表明它是宇宙物質的一部分，至少它參與宇宙的物質過程。另一方面，空間無從測量恰恰反映它完全無序的狀態，沒有特征，不會主動參與物質運動，這就是它的特征。因為無序，所以擁有充分的、被動塑造的可能。

在熱力學平衡的背景上將熱力學耗散系統推向極端的結果必定引起相變，這是由熱力學平衡系統性質所決定的悖論形式。只要賦予物理空間以適當的張量，好比一方繃緊的水面，相變就會將能量進行“量子式”裁切，量子就會像“打水漂”的石片一樣跳躍，同時引起水面的漣漪。稱這樣的量子為自由量子，它們攜帶的能量為自由能。自由量子的運動是能量與空間結合的結果，是自由能與空間的結合力“拉動”量子以光速運動。在這里，空間響應速度扮演裁刀的角色，裁切的原則是保證下一次相變的條件，這個條件就是光速。所以自由能的速度只能是光速。

量子結構、量子場及量子勢三者共同構成空間相變完整的動力學形式，為“測不準”原理的闡釋呈示物理細節。對于解釋包括波粒兩重性在內的諸多量子行為而言，空間相變是一個十分理想的模型。

“打水漂”的石片的動力并非來自水面，但是量子運動的動力卻來自能量與空間的結合力，好比一個人拽著胡子把自己拉動得飛快。換一個角度說，量子通過與空間的結合力對自己做功，做功時產生的“廢能”竟然又生成一個相同的量子，相變的傳遞猶如接力。將這樣的怪異與質能等價方程e=mc2放在一起，我們發現廣義相對論竟然可以從量子理論的角度上得到簡潔而且準確的解釋：作為能量的構造形式，質量同時承載著能量與空間的結合力，而引力場則是量子場的累計或集合表達形式。作為回應，相對論通過影響自由量子的時間或空間表達相對論量子效應。相對論量子的能量與物體的速度或質量正相關，也因此與能量對物體的作用效能有關，這一點對于黑洞空間的存在至關重要。沒有黑洞視界處的相對論時空效應，就沒有自由能的相對論增量，也就不會產生自由能對黑洞質量的相對論貢獻，不可能出現史瓦西“解”允許的黑洞空間。物質宇宙的演變會是另外的樣子。

根據相變原理，相對論和量子理論分別與熱力學互洽，所以兩者統一，其中關鍵在于能量與空間的結合關系。以能量—空間結合關系為基礎，熱力學、經典引力理論、量子理論以

及相對論可以統一；以能量—空間結合力為基本作用關系，物理相互作用可以實現統一。

能量與空間的結合關系是最基本的物質作用形式。量子場是最基本的物理力場。熱力學屬性是時間的本質屬性，但是作為對熱力學在絕對條件下的背反，引力時間與熱力學時間構成宇宙最基本的、彼此相背的時間體系。根據e2=(S02-Se2)，因為自由量子的能量e在引力場中增大，所以引力場的“熵”Se減小，有序程度增高。黑洞是極端有序的物質構造，但其內部e=0，Se=±S0，是對極端有序的背反。

Se=±S0所展示的對稱性意味著什么？反物質？暗物質或其他？

根據命題B(b)，時間的基本形式是量子化形式。

直接參與物質作用的空間才是真實的物理空間。真實的物理空間對于完整的自然宇宙是不可或缺的，因為這樣才自然。

參考

1.《時間簡史》史蒂芬•霍金著，許明賢、吳忠超譯，湖南科學技術出版社1996年4月第1版。

2.《時間之箭》彼得•柯文尼羅杰•海菲爾得著，江濤、向守平譯，湖南科學技術出版社1995年10月第1版。

3.《狹義與廣義相對論淺說》阿•愛因斯坦著，楊潤殷譯，上海科學技術出版社，1964年8月第1版。

4.《時空本性》史蒂芬•霍金羅杰•彭羅斯著，杜欣欣、吳忠超譯，湖南科學技術出版社，2003年2月第1版。

5.《當代物理學進展》魏鳳文、王士平、申先甲著，江西教育出版社，1997年8月第1版。

6.《天體物理學》李宗偉、肖興華著，高等教育出版社，2000年7月第1版。