时间与空间是无处不在的，但时间与空间到底是什么呢？

对于如此底层的事物，我们很难用生活中的具体概念或直观感受，去理解和描述。因为认知一个事物，往往是从底层了解其组成部分，而时间与空间显然在底层，我们的生活在上层，通过上层难以了解底层。

但科学视角，却提供了一套绕过“直观”的逻辑路径，让我们可以看到甚至了解到，时间与空间的本质与底层构建。

本文，将会从相对论与量子力学的角度，去推演并解读，时间与空间的本质所在。

主题目录如下：

时间的本质时间的方向空间的本质时间与空间四维时空场与以太后记：时间与连接番外1：为什么光子没有静**番外2：光子与静**时间的本质

最简单的理解，时间是用来描述变化的计量，没有变化就没有时间——这个理解在宏观没有问题，但在微观不够准确，因为光子就有变化没时间，不过我们先从简单开始，再慢慢展开复杂准确的理解。

那么试想，如果一切都不再变化了，还会有时间吗？

就算有时间，也没有“变化之物”用来计时，就算例外一只时钟可以变化，这个时钟上转动的指针或是跳动的字符，到底是在记录什么呢？它描述的时间流逝还有意义吗？

事实上，时间的发明和存在，就是为了——记录或是描述某种变化的，例如：

地球的自转变化产生了一天。地球的公转变化产生了一年。太阳的周期变化产生了阳历。月亮的周期变化产生了阴历。人体的衰老变化产生了年龄。

而时间的基础单位——秒：

最初是由秒摆的运动变化来计量的。后来是地球的自转变化来计量的。然后是地球公转变化来计量的。最后是原子结构的辐射周期变化来计量的，即：铯133原子辐射电磁波的周期倍数。

可见，是变化产生了时间，而不是时间导致了变化，变化是物理客观，时间是人为定义，即：物理变化（地球自转一圈）定义了时间（一天），时间（一天）计量了物理变化（地球自转一圈）。

因此，如果宇宙全部的一切（包括从微观到宏观），都静止不动了，那么变化就不存在了，随之时间也就不存在了，同时也失去了计时的手段和意义。

而如果想要一切都静止不动，就需要微观粒子停止运动，但又因为“海森堡不确定性原理”指出——无法同时精确地**粒子的位置和动量。

那么，粒子绝对静止，动量为零，位置确定，这就会与不确定性原理相矛盾，所以粒子无法静止不动。

这个不确定性原理，在量子力学中，是指粒子内在的禀性（即波粒二象性），其代表了粒子状态的客观现实。

在数学上，粒子的状态，由波函数描述，呈现一种概率。在物理上，粒子的状态，其精确性受到了更为深刻和本质的限制。

波函数——是量子力学中，定量描述微观粒子状态的函数，其代表的是粒子空间位置与动量的一种概率分布，呈现了波动性，可以形象化成“概率云”，而云的形状，就可以理解为粒子的“轨道”。

需要指出的是，如果没有发现不确定性原理，我们就不能确定粒子无法静止，是科技水平的限制——暂时无法做到，还是存在根本性的现实制约——永远无法做到。

而从另一个角度来看，物质的温度取决于其内部原子、分子等粒子的动能。如果粒子停止运动，其动能就低到了量子力学的最低点，此时物质即达到绝对零度。然而，根据热力学第三定律，绝对零度永远无法达到，只可无限逼近，所以粒子无法静止不动。

热力学第三定律——这是一个实验结果归纳出的结论，来自普朗克的表述是：当绝对温度趋于零时，固体和液体的熵值也趋于零。后来，能斯特又将这一规律表述为：绝对零度不可能达到原理，即不可能使一个物体冷却到绝对温度的零度。

绝对零度——是热力学的最低温度，是粒子动能低到量子力学最低点时物质的温度，不能再低。除非构成物质的实粒子，完全没有振动且体积为零。所以，绝对零度是仅存于理论的下限值。

那么，如果微观粒子无法停止变化，就表明时间是必须存在的，而微观粒子的变化，就可以用量子态来计数，即：计算不同量子态个数的变化——它是一个统计量。

量子态的作用，就是描述了微观粒子的状态，而量子态如何计数，这涉及到了——泡利不相容原理（Pauli Exclusion Principle），即：在费米子组成的系统中，不能有两个或两个以上的粒子，处在相同的量子态，而玻**组成的系统则不受此限制。

费米子——是指自旋为半奇数的粒子，如电子。

玻**——是指自旋为整数的粒子，如光子。

这意味着，费米子系统——不能有全同粒子，量子态可以计数；玻**系统——可以有全同粒子，量子态不可计数。

也就是说，由费米子构成的物质，其量子态计数的变化，就是在最微观处，描述时间所需要的变化，即存在时间；而由玻**构成的物质，没有不同的量子态可以计数，或说没有“有序”可以区分变化，即不存在时间。

需要指出的是，量子态相同，就没有办法计数的原因在于，粒子没有明确的轨道，由于不确定性原理，它可以出现的位置是“概率云”，所以就没有办法追踪多个相同量子态中的一个，即不能给相同的量子态“编号”，这样多个相同的量子态就没办法区分，只能算一个，同时测量还会改变全同粒子的量子态，使其**不同。

那么，如果费米子与玻**，不构成系统，仅独立存在（也就是基本粒子），它们本身量子态变化，就会有时间，否则就没有。而通常有**，理论上就会衰变，衰变就会改变量子态计数，产生时间。

例如，光子是玻**，它无论是组成系统（即一束光），还是单独一个，其量子态计数都不存在变化，并且光子没有**，也不会衰变——说明光子没有时间，或说时间静止。例如，电子是费米子，它在原子系统中，遵循不相容原理，两个电子量子态无法相同——说明原子系统有时间；而单独的两个电子，它们的量子态是相同的——说明仅有两个电子（没有相互作用）的系统没有时间。例如，同一类夸克（如上夸克）是全同的基本粒子——说明单独的夸克没有时间，但由于“夸克禁闭”，夸克不能单独存在，而由夸克组成的系统（如质子、中子）会由于弱力而衰变——说明夸克系统有时间，即：质子和中子组成的原子核有时间。例如，正反粒子相遇湮灭（**消失），或高能光子碰撞产生正反粒子（**产生），其系统的量子态计数都会变化——说明这个系统有时间。

可见，时间所对应的变化，并不一定就是速度或是位置的变化，而是量子态计数的变化。那么如果量子态计数不变，则意味着量子态全同系统，没有历史与未来，只有静止的现在。

需要深入说明的是，变化可以是相对的（即需要参考系的），相对变化对应了相对时间（如相对速度有相对时间），那么绝对变化（与参考系无关）就对应了绝对时间（如加速度有绝对时间），而量子态计数的变化就是一种绝对变化，因为其过程存在状态的“跳变”（与参考系无关），宏观表现就是（出现过）加速度——这可以看成是物质的绝对变化，而不是相对变化。

从这个角度来看，量子纠缠的超距作用，之所以不需要时间，就是因为处在纠缠态的粒子们，无论相距多远，作为一个“整体系统”，其整体的量子态计数，在叠加态坍缩前后是不变的，从而这个过程也就没有可计数的时间了。

例如，简化模型，两个纠缠态的粒子，每个粒子都处在正负自旋的叠加态（如50%正、50%负，正负代表不同的自旋方向），而自旋不同量子态就不同，那么两个粒子整体的量子态计数，就是一正一负，只不过不确定谁正谁负（如50%正负、50%负正），而在超距作用之后，两个粒子的自旋就会确定谁正谁负，但整体的量子态计数不变，即：始终为有一个正、有一个负。

那么，叠加态的坍缩，即波函数的坍缩，这个过程前后的量子态计数是不变的，所以量子态坍缩也是不需要时间的，即可以瞬间完成坍缩。

因此，我们可以得出，任何不需要时间的相互作用，其过程前后，量子态计数都不会发生变化，即：变化不需要时间，是因为量子态计数没有变化。

不过，这里有两点需要注意：

第一，量子态计数不变，就没有信息（不是传递信息），所以量子纠缠现象，其过程没有信息。第二，光子传递的信息，不是其自身的量子态变化，而是反应了费米子量子态的变化。

可见，信息与时间，在微观的来源是共同的，即量子态的计数变化，或说是量子数自由度的排列组合，即量子比特。

时间的方向

理论上，费米子构成了——物质结构，而玻**则传递了——相互作用，那么除了光子，另外还有三种玻**：

胶子——没有**，无法抵达光速，由于夸克禁闭被束缚在原子核内部，相当于暂停时间。W和Z玻**——有**，无法抵达光速，通过相互作用**费米子的**，相当于消耗时间。希格斯粒子——有**，无法抵达光速，由希格斯场产生（场是粒子的**，粒子是场的振动），而希格斯场还负责赋予其它粒子**，相当于产生时间。

至于，超越光速产生时间倒流（时间变成虚数，在数轴旋转了180度），这只是数学上的对称性（有正就有负），所形成的方程求解，并不一定对应着物理上的客观存在。而在现实中，也没有任何有**的物体，可以抵达或是超越光速。

在狭义相对论下，观察者参考系时间（静系时间） = 运动者参考系时间（动系时间） * 洛伦兹因子——1 / sqrt(1 - (v/c)^2)，当v > c即速度超光速时，洛伦兹因子开根号出现负数，因此时间变为虚数。

但，如果仅从数学上来看，由于虚数的平方是实数，所以虚数世界与我们的实数世界，其实相差了一个平方。

因此，超光速的平方，就对应了虚时间的平方（为负数），同时也对应了虚能量的平方（为负数）——这代表了物质抵达光速，就变成了“纯能量”（没有静**），继续超光速，这个能量就会从这个宇宙消失，变成虚能量（其平方在这个宇宙是负数），即：可能去了另一个平行宇宙。

虚时间——时间平方为负时的时间。

虚能量——能量平方为负时的能量。

虚**——**平方为负时的**。

不过，有一种假想中的粒子，一直处在超光速运动的状态，称之为——快子（**平方为负，即拥有虚**，对应了虚时间）。快子的存在，并不违背狭义相对论的设定，只是目前并没有发现其存在的证据。

然而，还有观点认为，时间并不是连续的，而是量子化的。因为微观粒子能量变化的非连续性，会让时间也一起**非连续，即存在一个最小的时间单位——就是普朗克时间（h / c，普朗克长度 / 光速），为 10^-43秒。

大**过后10^-43秒，即所谓的普朗克时间，计算的宇宙温度大约是10^32K，比太阳内部的温度还高10亿亿亿（10^25）倍，然后，宇宙随时间**、冷却……

但这不重要，所有对时间不同角度的描述，最终都会落实到变化上——时间是用来描述变化的计量，没有变化就没有时间了。

那么，从微观角度来看，量子态计数所描述的微观变化，就是变化的终极本质，也就是时间的终极本质——代表着时间计数器“滴答滴答”的最终来源。

那么，从宏观角度来看，广义相对论认为时间、空间、物质三者不能分开解释，它们是宇宙的基本结构。因此，物质变化就一定会带来时间的变化。这可以理解为，是微观粒子的变化，积累形成了宏观物质的变化，最终使得时间从微观到宏观，连续而统一的存在。

而在宏观统计上，物质的变化是有方向的，即是宇宙熵增无序的方向——这对应了现实中，四种等价的变化：

第一，**（有序结构，势能）转变成能量（无序运动，动能）。第二，对称性破缺（低温，低对称性）转变成对称性（高温，高对称性）。第三，物质粒子（费米子）转变成光子（玻**）。第四，量子态（不同）可计数，转变成量子态（全同）不可计数。

也就是说：

**——是低温，导致对称性破缺的有序结构，其微观粒子的量子态不同，蕴**势能。能量——是高温，导致对称性恢复的无序运动，其微观粒子的量子态相同，蕴**动能。熵增——是从**到能量，从低温到高温，从不对称到对称，从有序到无序，从物质粒子到光子，从势能到动能，从静止到光速，从不运动到运动的过程。

那么从宏观来看，时间就是熵的变化——熵增是时间流逝，熵减是时间倒流——而**、低温、不对称、有序、物质粒子、势能、静止、不运动等——都可以看成是，存储着“时间”。

能量——通常是指可利用的能量，即存在有序结构的**，当有序结构（势能）转化为无序运动（动能）之后，就只剩下了不可利用的能量。宏观上，可利用能量也被称为自由能，其代表了，将内能转化为对外做功的能力。

例如，生命与产品的创造，是局部熵减——相当于产生时间；生命与产品的磨损，是局部熵增——相当于消耗时间。

例如，人体的衰老时间，宏观上是****的变化，微观上是基因从有序到无序的变化，最本质是物质粒子量子态计数的变化，其过程是，基本粒子变化影响了上层原子，原子变化影响了分子，分子变化影响了基因表达，基因表达影响了细胞运作，细胞运作影响了组织器官，最终影响了人体衰老变化，即衰老时间。

由此可见，时间也是存在方向的，即时间的变化指向了——熵增无序和质能转化。而光子没有**，仅有能量，量子态不可计数——则代表着时间变化的终点，所以光子的时间静止，不再变化。

但需要指出的是，熵增是宏观统计，在微观可以随机到熵减，要定量的描述时间——在宏观可以用熵值计数，在微观可以用量子态计数——而微观与宏观的分界线，就是量子效应，即：有量子效应是微观，反之是宏观。

最后，如果物质变化代表了时间，那么这个变化的快慢，就会代表不同的时间流逝速度，这对应了两种相对论的结论：

狭义相对论指出——相对速度越快，时间就越慢，即：相对时间**。广义相对论指出——越靠近引力场，时间就越慢，即：绝对时间**。

需要注意的是，根据广义相对论，在超强引力场中（如黑洞中），时间可以慢到静止，但这与光子的时间静止，却是两种本质不同的静止：

光子的时间静止——是因为没有**，从而没有了物质变化。黑洞的时间静止——是因为**极大，引力将物质极端紧密的**在一起，导致没有运动、温度几乎抵达绝对零度，从而没有了物质变化。

例如，霍金（Stephen Hawking）通过结合部分的广义相对论与量子力学，证明黑洞也拥有温度，通过计算发现，**约为3个太阳**（即3M）的黑洞，其温度大约只比绝对零度高一亿分之一度（约1.8 * 10^-9K），这几乎就没有任何微观运动了。

事实上，黑洞越大越冷，我们银河系中心的**约4 * 10^6M的黑洞，温度只有1.5 * 10^-14K——这意味着，黑洞越大物质变化越慢，即时间越慢。

有关黑洞和大**的数据，取自《宇宙的轮回》（罗杰·彭罗斯）和《宇宙的琴弦》（布赖恩·格林）。

空间的本质

因为有了物质，物质变化的呈现就是空间，比如长宽高、位置差、大小方向等，都是随着物质变化所展现出来的——结构属性。

而通常，我们所谓的空间感，最主要来源就是空，并且曾经人们觉得真空是没有任何物质的。但没有物质，又怎么会有空间呢？后来，量子场论认为真空——并不是没有任何物质，而是充满了场和能量的。

场，是一种存在于空间之中，看不见摸不着但确实存在的物质，比如引力场、电磁场、夸克场、电子场、中微子场、光子场、希格斯场，量子场等等，都具有客观存在的可观测效应。

可见，场就是物质变化的范围——它能够被量子化激发，产生能量和动量，以及与微观粒子发生互相作用。

于是，场就可以看成是，同类型粒子的**，而场中的微小振动（即量子化激发），就产生了一类粒子，就如：光子是电磁场的微小振动，电子是电子场的微小振动，希子是希格斯场的微小振动。

这可以形象的理解成，向平静的湖面，扔下一个小石子，结果湖面波纹涟漪，于是平静的湖面从能量最低态（即基态）中被激发了。

那么，真空中的场——其实是充满了虚粒子的，并且虚粒子，会**地随机生成或湮灭于空间的任意位置，产生可观测效应。而如果所有位置的虚粒子，都处在了最低能量态，那么空间就抵达了最低能量态，即量子真空态。

虚粒子——相对于实粒子，其无**、无法直接观测到，但存在可观测效应，如卡西米尔效应。注意，只要能够观测到的粒子，就是实粒子，而不是虚粒子。

卡西米尔效应——是指真空中两片中性（不带电）的金属箔，在距离非常非常小的时候，会出现互相的吸力，也就是卡什米尔力，这在经典理论中是不会出现的现象。而产生这种吸力的原因，就是在金属箔之间的距离，小于真空中虚粒子的波长时（波粒二象性），虚粒子就无法存在于金属箔之间，从而金属箔外的虚粒子就会迫使金属箔相互靠拢。

由此可见，真空并不是空的，里面充满了场和能量，而在宇宙中，也没有什么地方是“空”的，因为物质无处不在，并且也只有物质存在，才会有空间的存在。

再从另一个角度来看，如果宇宙真的存在“空无一物”（即没有物质）之处，那么此处也应该不存在物理定律才对——但我们知道，物理定律在宇宙中是普适的，即无处不在的。

因此可以说，有物质才有空间——物质变化的呈现就是空间。

时间与空间

如前文所述，时间与空都是源于物质的变化，于是时间与空间，就（通过物质变化）一起构成了——紧密联系不可分割的时空，并且时空与物质，就像是一个统一的整体，是一个共同的本质，所呈现的不同表象。

时空区域——是在一段时间内的空间区域，它拥有这段时间内空间区域中，所有发生事件的记录，即所有物质变化的记录。

例如，在宇宙大**的奇点，物质还没有开始变化，所以时间与空间都是不存在的，同时一切物理定律也是不存在的，因为物理定律，就是描述物质变化的规律。

既然如此，那么物质变化所产生的互相作用，以及所形成的特性，也就会体现在时间与空间所构成的时空之上。

所以，如果物质可以弯曲，那么时空也就可以弯曲。

在广义相对论中，爱因斯坦认为，**会让时空弯曲，如果时空弯曲，光的路径就会弯曲，因此光就会弯曲。于是，光在通过强引力场附近时会发生弯曲，这就是广相的重要预言之一。而光路径的“弯曲效应”早已经被实验所证实。

例如，遥远恒星的光线，经过太阳时会产生偏折。

在此需要注意的是，从广相的视角来看，时空弯曲产生了“引力效应”，同时改变了光的路径，所以并不是引力的吸引让光弯曲。并且光没有**，这意味着光本身不会弯曲（影响）时空，但仍然会受到（其它**）弯曲时空的影响。

例如，通过实际观测，发现光路径弯曲的角度，与广相的计算结果一致，而广相认为没有引力，只有时空弯曲。

如果用狭相把光子的能量等效**，再用万有引力计算，那么光的弯曲角度，只有广相计算的一半，即：（万有引力 + 狭相）产生的弯曲角度 * 2 = 广相弯曲角度。

由此可见，物质变化——就是时空、**与能量，三者地联动变化，即：

**弯曲时空，时空指引运动，运动产生能量，能量改变**。

然而，如果时间与空间是一个时空整体，那么我们就可以说，空间结构与时间结构是存在映射关系的，即：空间形状一定对应了一种时间形状。

那么，时空弯曲就对应了空间弯曲与时间弯曲，其中空间弯曲，即是如马鞍或球面那样的空间结构，但对于时间弯曲，具体是什么意思呢？

这说明了——时间在不同的（空间）位置上有不同的（流逝）速度，我们就说时间是弯曲的，即：时间的流逝速度，对应了空间结构的曲率，也就是不同的加速度，对应了不同的时间速度。

所以，光在弯曲时空中，沿着最短路径“测地线”运动，就是沿着时间流逝最慢的方向传播，因为“测地线”是在流形上加速度为0的曲线。

时空曲率——意味着几何结构无法在二维平面展开，如球面、马鞍等，而像圆柱则可以在二维平面展开。

于是，更进一步，那些奇异的空间结构（形状）——如乌比斯环（带）、克莱因瓶这种回环递归结构，也就存在对应的时间结构，即：时间的回路循环结构，也就是穿越时间的旅行。

有趣的是，哥德尔从（广相）引力场方程中，解出了一个时空循环的宇宙，即：宇宙中存在一种世界线是“封闭”的自我循环结构，这被称为——封闭式类时间曲线（Closed Time Like Curves, CTCs），并且根据哥德尔的计算，这类宇宙的尺寸应该是极大的——可能达到数十亿光年。

而这种宇宙，没有入口也没有出口，从起点可以回到终点——这不仅说明，宇宙将会周而复始的循环，还隐**穿越时间回到过去的可能——但回到过去，并不能改变历史（因为一旦改变就会形成一个新的平行宇宙）。

为了庆祝爱因斯坦70岁的生日，哥德尔送给他一个令人惊讶的计算结果，作为礼物，即：引力场方程中——存在时空循环的宇宙。

最后，从某种角度来看，距离即是时间，因为需要“物质变化”才能穿越距离，而距离又是空间的属性，所以——空间就是一种时间。

四维时空

在狭义相对论中，宇宙模型是一个四维时空，即：三维空间加上一个一维时间。在此我们可看到，空间有三个自由度，而时间只有一个自由度。

而爱因斯坦思维的飞跃性就在于：他认为在四维时空里，宇宙的一切事物都以一个固定的速度在运动，即光速。因此，他把这个想法称之为——光速不变性，即反映光速不变的特性。

爱因斯坦曾今，一度想把相对论命名为——“不变论”。

那么，要理解四维时空的光速不变性，就要从时间与空间两个角度分别来看，然后再合起来看两者的关联，最后才能感知光速不变性的意义。

首先看空间

在空间中有速度，并且任何一个方向上的速度，都可以分解成三个空间维度上的分速度。也就说，在空间里，速度可以在三个维度之间分解与合成，不同的形式是等价的。

例如，在三维空间中，任意方向的速度，都可以分解成，XYZ轴方向的三个速度。而空间速度的意义，其实就是在三个轴上的运动快慢。

然后看时间

那么，在时间维度中有速度吗？

显然是有的，这就是时间流逝的快慢，这对应了空间里运动的快慢，即：流逝快慢对应运动快慢。

而不同之处就在于，空间速度有三个维度，时间速度只有一个维度。

接着看时空

既然时空是一个整体，且三维中的速度可以分解与合成，而时间维度也有一个速度，那么在四维时空里，空间速度与时间速度，可以互相分解与合成吗？

爱因斯坦认为，是可以的，并且在四维时空里，合速度的上限，就是光速——这就是光速在四维时空里的不变性。

这也就是说，当一个物体，在空间中（相对）静止的时候，此时它的空间速度就是0，时间速度就是光速；那么，如果物体的空间速度越来越快，它的时间速度就会越来越慢，但合速度始终**是光速；最后，如果物体的空间速度抵达光速，它的时间速度就是0。

由此得出的，就是狭相的结论，即：相对速度越快（空间速度越快），时间越慢（时间速度越慢），如果相对速度抵达光速（空间速度抵达光速），那么时间静止（时间速度为0），相反如果相对静止（空间速度为0），那么时间速度就会是光速。

例如，光子就是空间速度为光速，时间速度为0，而相对静止的物体，就是空间速度为0，时间速度为光速。

可见，这个模型建立的前提，就是光速是速度的极限。

理解时间速度

时间速度为0，很好理解，就是时间不再变化，结合前文论述，也就是物质不再变化。

那么，时间速度为光速是什么意思呢？

从具象的想象来看，就是钟表指针旋转的速度是光速，或有个物体的运动（如钟摆、光子）计量了时间，而这个物体的运动速度是光速。

从物质变化角度来看，如果时间速度为光速，其实就是物质变化为光速，即：物质内部存在一个变化量为光速（这里光速代表的是一个数值），而这可以有两种形式：

第一，变化量从0到光速。第二，变化量从光速到0。

那么对应到现实，我们看到物质（衰变）辐射出光子的过程，就会在物质内部存在“空间速度从0到光速”且“时间速度从光速到0”的变化。

因为，物质内部**的**转变成了光子，于是**的空间速度——就从0跳变成了光子（空间速度）的光速，而空间速度与时间速度是对应的（即合速度是光速），所以**的时间速度——必然就是从光速跳变成了光子（时间速度）的0。

由此可见，**转变成光子的过程——就可以理解为相对静止的时间速度，即：时间速度为光速，也就是物质存在光速变化量。而时间速度，其实也是一种运动，这就像空间速度是一种运动一样。

最后，我们发现物质变化，其实就是“**到光子”即“**到能量”的转化。而光子没有**，只有能量，且时间静止，这说明了——**拥有时间，能量没有时间，**到能量的转化，即是时间的方向。

场与以太

曾经，人们认为宇宙空间中，充满了一种看不见摸不着的空间介质，称之为以太。

后来，爱因斯坦在狭义相对论中，否定了以太的存在，当然科学实验也一直未能找到以太存在的证据。

再后来，爱因斯坦的广义相对论不断地被验证正确，可以解释越来越多的实验现象，此时爱因斯坦坦言：广义相对论更像是一种场论。

而与此同时，量子场论在微观，已经逐渐构建出了自己的各种场，并试图兼容引力场，形成一个可以解释万物的——大统一理论（Grand Unified Theories，GUTs），但目前量子场论兼容引力场仍未有结果。

量子场论——是狭义相对论（质能转化）、量子力学（概率和不确定性）、以及经典场论（相互作用的场模型），三者相结合的产物，又称相对论量子场论。

事实上，关于量子力学中的——场，理论上它是充满了整个宇宙的量，可以用数学上的一个函数描述——可见它并不是时空，而是定义在时空上的函数。

而这个场，是一个宏观模型，它有不可观测的时候，但由于量子涨落，它又会出现可以观测的时候即通过相互作用来呈现。所以，场充满了宇宙，其实是充满了，可观测和不可观测状态的叠加状态，并会随机的展现出一个状态。

量子涨落——是指在空间任意位置，能量的暂时变化，也称量子真空涨落。从海森堡的不确定性原理可以推导出这结论。

可在此，我们发现场与以太，两者模型中所描述的——都是空间中充满一种“不可见”的物质。只不过以太受制于时代的局限性——认为这种不可见物质是实粒子，而在场中——这种不可见的物质被证明是虚粒子。

那么，我们是否可以认为，物质所形成的时空模型，必然是充满了“物质”的——就是能量与**、不可观测与可观测的混合随机态，而场就是一种“虚以太”所形成的“浓汤”。

由此可见，光的传播必然是在场中的，而场就是光的“介质”，因此光速就是相对于场，而不是相对于光源的，所以光速相对于光源运动，具有不变性。

最后，在弦理论领域，就有这样一句名言——“Nothing is Something！”

后记：时间与连接

或许，我们永远也无法拥有，任意操控时间与空间的能力，但深刻地理解时间与空间，会使用我们拥有洞见自己与生活的力量。

显然，在所有可能的层面上——体验生活、感知宇宙，要比仅仅停留在符合人类感知能力的层面上，更加能够——感悟自己、洞察世界。

而我们对时间与空间本质的理解，不仅是人类智能的证明与追逐，也最终会令我们了解——宇宙对人类感知范围的限定，并从中看清人类自身的局限与无限。

那么，一个人对时间的独特理解，就代表着一个人与宇宙之间的独特连接。

番外1：为什么光子没有静**

静**（Rest Mass）——也可以译作剩余**，又称不变**（Invariant Mass），它通常是指物体静止时，所拥有的**，属于物体内在的属性，不随参考系变化，在性质上与惯性**一致。

首先，从理论上来说，光子没有静**是一个假设，并且很多其它物理理论依赖于它。

例如，如果光子具有静**，那么真空光速将不再是常数，量子电动力学将不再具有规范不变性，电荷守恒也无法自动保证，甚至还会影响到麦克斯韦方程组的成立。

规范不变性（Gauge Invariance）——是拉格朗日函数和运动方程，在规范变换下**不变的性质，即：变换后所有物理量和物理规律**不变。而规范不变性要求规范玻**（如光子、胶子）的静**为0。

拉格朗日函数（Lagrangian Function）——是粒子系统的动能减去其势能的运算。

规范变换（Gauge Tran**ormation）——是对称操作，具体是指场的相位变换。

相位（Phase）——就是一个波，其循环中的位置，如：波峰、波谷、或是峰谷之间某个点的标度。

事实上，假设是可以修改的，如果非要假设光子有静**也行，只不过受其影响的理论都要做出相应的修订。而这些理论，目前在光子没有静**的假设之上工作的很好，也**了大量实验的验证。

那么，为什么最开始会假设光子没有静**呢？这是源于狭义相对论的推理，可以从两个方面来说：

第一，狭义相对论假设光速不变原理，也就会说光子在任意惯性系中都是光速运动，且不存在光速参考系的存在。

因此，光子就不存在静止参考系（Rest Frame），即：不存在光子在其中静止的参考系。所以，光子就不会静止，进而假设光子没有静**（Rest Mass），就是一种比较自然的选择。

而静**，又称为不变**（Invariant Mass），是因为运动是相对的，那么运动对应的动**就是随参考系变化的，于是不随参考系变化的，自然就是不变**了。

所以，相对论** = 变动**（依赖参考系） + 不变**（不依赖参考系），即：动** + 静**。

第二，狭义相对论的质能方程指出，E = mc^2（m是相对论**）或等价于 E^2 = p^2c^2 + m^2c^4（p是相对论**的动量，m是静**）。也就是说，总能量 = 势能 + 动能，其中势能来源静**（宏观是内能，微观是场能），动能来源动**。

显然，如果微观光子静**为0，那么上述方程**：E = pc，而在经典电动力学中，宏观光的能量和动量刚好**：E = pc，于是这样假设刚好就统一了光在宏观与微观的方程。

其次，我们从实验角度来看，并没有证据表明，光子的静**为0。

实验原理是，如果光子有静**，静磁场的行为会有所变化，那么通过测量星球的磁场，就可以推算出光子静止**的上限。

目前的实验结果是，光子的静**上限在10^-51kg到10^-62kg之间，要知道已知最轻的有静**粒子——中微子，其**是10^-36kg，光子比中微子要轻几十个数量级。

那么可以想象，光子的静**如果存在，是该有多么多么的渺小，以至于我们甚至都会怀疑——我们的实验精度，是否真的能够计算出光子的静**。

另外，实验给出的是光子静**的上限（即不会超过的数值），而没有给出下限（即不会低于的数值）——换言之，光子静**的下限就是不确定的，可能等于0。

最后，综上可见，虽然光子没有静**是一个假设，但在目前人类知识的范围内，是极其确定的一个结论。

番外2：光子与静**

首先，质能方程（E = mc^2）给出了静**（m）对应的静能量（E），光子是没有这个静能量的，因为光子没有静**，只有动**。

换个角度理解，静能量是粒子在静止坐标系中的能量，而光速没有静止参考系，所以光子没有静能量。

其次，光子是有能量的，由普朗克公式（E = hv）得出，这里的能量（E）不是静**，v是光子的**。

然后，我们会发现这两个公式，都有一个能量E，如果是同一个类型的E，就可以形成一个新的等式即：mc^2 = hv。

我们知道，普朗克公式中的能量E，并没有限定是什么类型的能量，所以若要新等式成立，就要限定普朗克公式中的能量为静能量。

那么，如果E = hv中的E是静能量，**v会变成什么呢？

试想，原公式中，**v是运动，其带来了能量，而静能量对应的是静**，静**代表的是“不运动”，因此我们可以把静能量对应的**v，称之为——“静**”，它代表着静止的周期，即“不运动”的周期。

事实上，“不运动”会产生运动的趋势，即势能，这就是静**的微观来源，于是静**带来对应静**的静能量，就是一个很“合理”的假设。

接着，新等式就可以推出一个新公式，即：v = m * (c^2 / h)，其中c和h都是常数，所以 (c^2 / h)就可以看成是一个系数，而静**和静**，就是成正比的，即：静**越大，其静止的周期越多，静**越小，其静止的周期越少。

而这个静**，可以看出它反比于时间“滴答”的周期，即：反比于时间流逝的速度。也就是说，静止的周期越多，时间“滴答”的越少，时间流逝的就越慢，反之静止的周期越少，时间“滴答”的越多，时间流逝的就越快。

这对应了，广义相对论中的绝对时间**，即：静**越大（静**越高），引力场越强，时间越慢。

最后，我们可以看到，光子没有静**，也就没有静能量，所以新等式无法存在，即没有静**，所以光子没有静止的周期，即：没有时间的流逝，也就没有时间，或说时间静止。

由此洞见，当静**全部转化为光子，时间就不再流逝，而没有时间就没有办法度量距离，因为距离依赖时间才能测量，那么没有距离的宇宙，就如同一个质点（所有全同光子可视为一个），这就为一个“新宇宙”的诞生，做好了**。