时间的自相似性原理（原创）
2008-06-03 22:54阅读：
时间的自相似性原理（原创）
华 林
（文）
二○○六年十二月二十七日
重庆
二十世纪人类最伟大的理论发现之一，为紊乱学理论（Chaos
theory）。在紊乱学理论中，一条主要的定律为世界的“自相似性”。人们利用分形几何的图形可以对此加以描述和说明，如等边三角形自相似性（图一），这条定律说明了世界上存在着自相似的现象，在其中一个无论多小的局部，都包含了整体的所有信息，但这只是世界空间形态上的自相似性。
可我们知道，宇宙是由时间和空间所组成的。汉语中的“宇宙”二字，“宇”代表空间，而“宙”
代表时间，时间和空间是一对统一的整体。既然空间存在着自相似性，那么不可能将时间排除在外，将时间单独地看成是一个绝对的东西。笔者认为，时间与空间一样，也是具有自相似的特性的。那么，时间的自相似性应如何去认识和感知呢？
首先，我们必须清醒地认识到，我们现在所讨论的时间，只是人类根据自己所处的运动体系中，自己对时间的感知、认识，从而给出的一个能易于为人类所感知的时间度量而已，其基本的单位是地球自转一圈。人类将地球自转一圈定义为一昼夜，因为一半的时间受到太阳的照射，另一半的时间受不到太阳的照射，这就为时间的度量带来了通过节律来定义的便利。人类的一昼夜，即一天为基本单位。一方面将其分为24小时，每小时60分钟，每分钟60秒钟等；另一方面则将约30天定为一个月，这是月亮绕地球转一圈大约所需的时间，而地球绕太阳旋转一圈的时间为一年，这样的时间度量，是以人类自身所处的运动体系和人类自身能够感知的能力所确定的，它并不能作为宇宙万物其他运动体系以及在这些体系中所发生事件的统一的时间度量的。例如，我们把目光放到比太阳系更大的运动体系中，如银河系，我们会看到，对人类漫长三千年时间，也就是说地球绕太阳旋转3000圈的时间长度，对于围绕着银河系核心旋转的整个太阳系来说，就完全微不足道了，因为按照太阳系绕银河系中心旋转一圈的时间长度来说，这三千转就是一瞬间，而且，地球自转一天的时间就更加短暂了。因此，在银河系这个大运动体系中，时间的度量标准当然就不能用人类目前所采用的标准了，也就是说，时间在这个运动体系中被放大了，并且与人类所能感知和定义的时间具有自相似性。例如，太阳绕银河系核心旋转一圈的时间与地球绕太阳旋转一圈的时间相对应，可以被称之为“一银河年”，而“一银河年”则可换算成相应的“地球年”数。不过这个所谓的“地球年”对于整个银河系这个大系统来说，是如此地无足轻重，因而也是可以被忽略的。当我们要考察银河系时，应该采用另一个时间系统，这个时间系统不同于我们所知并定义的这个时间系统，但二者之间是有自相似性的。
上面我们讨论了宏观世界和宇观世界中的时间现象，同样，在微观世界的不同运动系统中，时间的这种自相似性依然存在。
在原子的微观层面上，我们来到了与宏观世界的运动系统完全不同的运动系统，电子在原子核外迅速旋转，形成类似电子云的状态，它只在空间形态上与宇观世界的天体，如太阳系等有着空间上的自相似性。同时，在时间上也并非如此，但在这里，人类到目前为止，仍然采用自己所定义的时间单位去度量其运动的时间量，显然是不合适的，因为亿分之一秒的时间度量对于宏观世界来说是毫无意义的，但这个明显对宏观世界毫无意义的时间量对于微观世界中的运动系统来说，却是意义非凡的，因为在这个人类看来不过是一瞬间中的一瞬间，在微观世界里，可以发生许许多多的事件。因此，要考察微观世界中的运动系统，必须用与人类目前所知的时间系统完全不同的时间系统，它们之间是完全不相等同的，但却具有时间上的自相似性。只有这样，人类才有可能真正读懂由“时间”和“空间”所构成的宇宙，才有可能更深刻地认识到微观世界、宏观世界和宇观世界之间的本质及其异同。
现在的问题是，处在人类现在所位于的这个运动系统中，如何才能去感知理解并最终确定其他运动系统中的时间呢？当电子围绕原子核旋转一圈时，根据时间的自相似性，就如同地球绕太阳旋转一圈为一个“地球年”一样，可以看成是一个“电子年”或“原子年”，假设人类可以乘某种交通工具进入这个运动系统，就如同在飞机或宇宙飞船中一样，人类亦以电子的速度在围绕着原子核旋转，那么我们将会对时间产生什么样与现在完全不同的度量和感知呢？同理，当人类乘某种交通工具，在围绕着银河系的核心旋转，甚至随着银河系围绕着更大的天体核心旋转，那么我们对于时间的感知和定义将完全不同于我们目前所熟知的，因为我们是在一个全然不同的时间系统里。可是，通过时间的自相似性，我们依然可以理解不同运动系统中截然不同的时间系统。
由此，我们可以得出如下假设：时间在宇宙中并不是统一的，而是与运动系统相关完全不同的时间系统，这些完全不同的时间系统之间，如同宇宙中的空间形态一样，存在着自相似性：通过时间的自相似性，人类可以理解不同运动系统中的时间。
那么，认识到时间的自相似性，有什么意义呢？对于生活在目前的这个运动系统中的人类来说，这个时间的自相似性是没有意义的，因为在这个系统中的所有运动形态都属于这个运动体系，因而时间本身也是与这个运动系统相应的。只有当人类把自己的眼光放到其他的运动系统中时，对于时间自相似性的认识才会有意义，因为人类将意识到，宇宙中并不存在一个标准的、统一的时间，而是存在有无数多个互不相干的时间系统，这些时间系统彼此间是完全不等同的，只是可以通过其自相似性来予以理解。要获得对不同时间系统的感知，必须进入与之相应的运动系统之中，当人类能够从一个运动系统跨入另一个运动系统之中时，不同时间系统的大门才会向我们打开。
有了这个认识，人类将对于宇观世界重新考察和认识，重新建立一个新的理论框架来认识宇宙天体，人类也将重新审视对微观世界的认识，并建造一个全新的理论框架来认识微观世界，将时间看成为一个与空间一样，是有着自相似性的，与运动系统相对应的不同系统，才使宇宙回复到其本来的面目。因为，到目前为止，人类仅仅认识到宇宙只是在空间形态上有完全不同的系统，而且在这些系统之间存在着自相似性，而将时间这个构成宇宙的二大要素之一却看成是唯一的、统一的、没有区别的东西，这并未正确地认识到宇宙的真正的本来面目。
此外，当人类认识到时间的这个本质特点之后，对于人类走向太空，从人类目前所处的运动系统跨入另一运动系统，从而将人类从目前这个半封闭的系统中超越出来，有着重大的意义。关于这个课题，笔者将在专文里加以详细论述。
在牛顿的经典力学中，时间是一个恒定的常量，但是二十世纪初，爱因斯坦在关于狭义的相对论的论述中，讨论了尺缩钟慢的问题，即当运动着的物体的速度接近光速时，就会发生尺缩钟慢的现象。天文观察的结果也证明了爱因斯坦的这个推理。因此，在狭义的相对论中，时间已不再是如同经典物理中所描述的那样是一个不变的常量，而是会随着运动状态的变化而发生变化的。由于我们所处的宏观世界中，运动速度的变化均是本运动系统中的变化，因此，时间在其中的变化，是几乎无法察觉的。可是，爱因斯坦在其理论中讨论到，当运动速度接近光速时，尺缩钟慢的现象就能被观察到了。
众所周知，到目前为止的物理发现告诉我们，光子的运动速度是所有运动物体速度的极限，即任何物体运动的速度都不可能超越光速，否则就会发生所谓的“双生子悖论”的情形。可是按照时间的相似性原理来看，这个所谓的速度极限，只能是我们现在所处的运动系统中的时空极限，正如同微观世界里基本粒子运动的状态一样，由于它们是在另一个运动体系中运动的，因此，用人类目前所采用的时间度量去观察它们的运动，并对其进行描述，当然是不准确的。人们现在在这个领域所取得的成果，只是无意识地利用了时间的自相似性特点，对其进行一种近似性的描述而已，要真正描述其真实的运动状况，只有通过时空的转换，进入到该运动系统本身才有可能。这也适用于对于宇观世界运动状态的研究，只有当研究者本身进入到另一个时空系统中，另一个运动系统中，才有可能对该系统中的现象进行研究。
当然，通过时空的自相似性也可以对不同时空系统的或运动系统中的现象进行近似的描述和研究，但其结果的真实性将受到较大的制约，这是人们必须要有足够的清醒的认识的。上面所讨论的光速为运动物体速度的极限，只是在本运动系统中的极限而已。
因此，我们大胆地提出下列假设，即宇宙是由无数个不同时空的运动系统构成，在这些不同的运动系统中，时空之间是完全不相等同的，它们只是具有自相似性的。通过其自相似性，人类可以近似地描述和理解不同运动系统中的时空关系和运动状态，但却无法完全真实地去感知它们，除非观察者和研究者可以通过时空转换，从一种运动体系转换到其研究的另一种运动体系中。
下面，我们将讨论在人类自身所处运动系统中的运动速度的极限问题。在爱因斯坦的狭义相对论中，给本系统中的运动极限确定在光速上，即每秒钟30万公里，根据物理定律，我们也知道这个运动极限是任何具有质量的物体均无法达到的。根据能量公式E=mc2，E为能量，m为质量，c为光速。一个具有质量的物体，当其速度为光速时，其能量为无穷大。因此，物理学家确定，光子是没有质量的，因此只有光子的速度才能达到光速，即30万公里/秒。而这个速度，仅仅是本运动体系中物体运动速度的极限。因此，这个系统中物体运动的速度极限是不能用于其他运动系统、其他时空系统或其他宇宙中的。比如在微观世界里，基本粒子的运动状态就完全不同于宏观世界中物体的运动状态，因而其速度的极限也是与之不同的。理论物理对其的描述，仅仅是借用了时间的自相似性原理而对其所进行的近似性描述，若能找到该系统中运动速度的极限，也就是找到二个系统之间、二个时空之间相互转换的临界点，那么，就有可能进行更加真实的研究。反之，若人类能够突破光速这个与另一个时空系统之间相互转换的临界点，那么，其研究将会获得迄今为止令人全然无法意料的新视点和收获。因此，这个时空临界点的突破是一个极为关键的问题。
