時間與空間是無處不在的，但時間與空間到底是什麼呢？

對於如此底層的事物，我們很難用生活中的

具體概念

或

直觀感受

，去理解和描述。因為認知一個事物，往往是從底層瞭解其組成部分，而時間與空間顯然在底層，我們的生活在上層，透過上層難以瞭解底層。

但科學視角，卻提供了一套繞過“直觀”的邏輯路徑，讓我們可以看到甚至瞭解到，時間與空間的本質與底層構建。

本文，將會從

相對論

與

量子力學

的角度，去推演並解讀，

時間

與

空間

的本質所在。

主題目錄如下：

時間的本質

時間的方向

空間的本質

時間與空間

四維時空

場與以太

後記：時間與連線

番外1：為什麼光子沒有靜質量

番外2：光子與靜頻率

時間的本質

最簡單的理解，

時間是用來描述變化的計量，沒有變化就沒有時間

——這個理解在宏觀沒有問題，但在微觀不夠準確，因為光子就有變化沒時間，不過我們先從簡單開始，再慢慢展開復雜準確的理解。

那麼試想，如果一切都不再變化了，還會有時間嗎？

就算有時間，也沒有

“變化之物”

用來計時，就算例外一隻時鐘可以變化，這個時鐘上轉動的指標或是跳動的字元，到底是在記錄什麼呢？它描述的時間流逝還有意義嗎？

事實上，時間的發明和存在，就是為了——

記錄或是描述某種變化的

，例如：

地球的自轉

變化

產生了一天。

地球的公轉

變化

產生了一年。

太陽的週期

變化

產生了陽曆。

月亮的週期

變化

產生了陰曆。

人體的衰老

變化

產生了年齡。

而時間的基礎單位——

秒：

最初是由秒擺的

運動變化

來計量的。

後來是地球的

自轉變化

來計量的。

然後是地球

公轉變化

來計量的。

最後是原子結構的

輻射週期變化

來計量的，即：銫133原子輻射電磁波的週期倍數。

可見，是變化產生了時間，而不是時間導致了變化，

變化是物理客觀，時間是人為定義

，即：物理變化（地球自轉一圈）定義了時間（一天），時間（一天）計量了物理變化（地球自轉一圈）。

因此，如果宇宙全部的一切（包括從微觀到宏觀），都靜止不動了，那麼變化就不存在了，隨之時間也就不存在了，同時也失去了計時的手段和意義。

而如果想要一切都靜止不動，就需要微觀粒子停止運動，但又因為

“海森堡不確定性原理”

指出——無法同時精確地獲得粒子的位置和動量。

那麼，粒子絕對靜止，動量為零，位置確定，這就會與不確定性原理相矛盾，所以粒子無法靜止不動。

這個不確定性原理，在

量子力學

中，是指粒子內在的稟性（即

波粒二象性

），其代表了粒子狀態的客觀現實。

在數學上，粒子的狀態，由波函式描述，呈現一種機率。

在物理上，粒子的狀態，其精確性受到了更為深刻和本質的限制。

波函式——是量子力學中，定量描述微觀粒子狀態的函式，其代表的是粒子空間位置與動量的一種機率分佈，呈現了波動性，可以形象化成“機率雲”，而云的形狀，就可以理解為粒子的“軌道”。

需要指出的是

，如果沒有發現不確定性原理，我們就不能確定粒子無法靜止，是科技水平的限制——

暫時無法做到

，還是存在根本性的現實制約——

永遠無法做到

。

而從另一個角度來看，物質的溫度取決於其內部原子、分子等粒子的動能。如果粒子停止運動，其動能就低到了量子力學的最低點，此時物質即達到

絕對零度

。然而，根據熱力學第三定律，絕對零度永遠無法達到，只可無限逼近，所以粒子無法靜止不動。

熱力學第三定律——這是一個實驗結果歸納出的結論，來自普朗克的表述是：當絕對溫度趨於零時，固體和液體的熵值也趨於零。後來，能斯特又將這一規律表述為：絕對零度不可能達到原理，即不可能使一個物體冷卻到絕對溫度的零度。

絕對零度——是熱力學的最低溫度，是粒子動能低到量子力學最低點時物質的溫度，不能再低。除非構成物質的實粒子，完全沒有振動且體積為零。所以，絕對零度是僅存於理論的下限值。

那麼，如果微觀粒子無法停止變化，就表明時間是必須存在的，而微觀粒子的變化，就可以用

量子態來計數

，即：計算不同量子態個數的變化——它是一個

統計量

。

量子態的作用，就是描述了微觀粒子的狀態，而量子態如何計數，這涉及到了——

泡利不相容原理

（Pauli Exclusion Principle），即：在

費米子

組成的系統中，不能有兩個或兩個以上的粒子，處在相同的

量子態

，而

玻色子

組成的系統則不受此限制。

費米子——是指自旋為半奇數的粒子，如電子。

玻色子——是指自旋為整數的粒子，如光子。

這意味著，

費米子系統

——不能有全同粒子，量子態可以計數；

玻色子系統

——可以有全同粒子，量子態不可計數。

也就是說，由

費米子

構成的物質，其量子態計數的變化，就是在最微觀處，描述時間所需要的變化，即存在時間；而由

玻色子

構成的物質，沒有不同的

量子態

可以計數，或說沒有“有序”可以區分變化，即不存在時間。

需要指出的是，

量子態相同，就沒有辦法計數的原因在於，粒子沒有明確的軌道，由於不確定性原理，它可以出現的位置是

“機率雲”

，所以就沒有辦法追蹤多個相同量子態中的一個，即不能給相同的量子態

“編號”

，這樣多個相同的量子態就沒辦法區分，只能算一個，同時測量還會改變全同粒子的量子態，使其變得不同。

那麼，如果

費米子

與

玻色子

，不構成系統，僅獨立存在（也就是基本粒子），它們本身量子態變化，就會有時間，否則就沒有。而通常有質量，理論上就會衰變，衰變就會改變數子態計數，產生時間。

例如，

光子是玻色子

，它無論是組成系統（即一束光），還是單獨一個，其量子態計數都不存在變化，並且光子沒有質量，也不會衰變——說明光子沒有時間，或說時間靜止。

例如，

電子是費米子

，它在原子系統中，遵循不相容原理，兩個電子量子態無法相同——說明原子系統有時間；而單獨的兩個電子，它們的量子態是相同的——說明僅有兩個電子（沒有相互作用）的系統沒有時間。

例如，

同一類夸克

（如上夸克）是全同的基本粒子——說明單獨的夸克沒有時間，但由於

“夸克禁閉”

，夸克不能單獨存在，而由夸克組成的系統（如質子、中子）會由於

弱力

而衰變——說明

夸克系統

有時間，即：質子和中子組成的

原子核

有時間。

例如，

正反粒子

相遇湮滅（質量消失），或高能光子碰撞產生

正反粒子

（質量產生），其系統的量子態計數都會變化——說明這個系統有時間。

可見，時間所對應的變化，並不一定就是

速度

或是

位置

的變化，而是

量子態計數的變化

。那麼如果

量子態計數不變

，則意味著

量子態全同系統

，沒有歷史與未來，只有靜止的現在。

需要

深入說明

的是，變化可以是相對的（即需要參考系的），

相對變化

對應了

相對時間

（如相對速度有

相對時間

），那麼

絕對變化

（與參考系無關）就對應了

絕對時間

（如加速度有

絕對時間

），而

量子態計數的變化

就是一種

絕對變化

，因為其過程存在狀態的“跳變”（與參考系無關），宏觀表現就是（出現過）加速度——這可以看成是物質的

絕對變化

，而不是

相對變化

。

從這個角度來看，

量子糾纏

的超距作用，之所以不需要時間，就是因為處在糾纏態的粒子們，無論相距多遠，作為一個“整體系統”，其整體的

量子態計數

，在疊加態坍縮前後是不變的，從而這個過程也就沒有可計數的時間了。

例如，簡化模型，兩個糾纏態的粒子，每個粒子都處在正負自旋的疊加態（如50%正、50%負，正負代表不同的自旋方向），而自旋不同量子態就不同，那麼兩個粒子整體的量子態計數，就是一正一負，只不過不確定誰正誰負（如50%正負、50%負正），而在超距作用之後，兩個粒子的自旋就會確定誰正誰負，但整體的量子態計數不變，即：始終為有一個正、有一個負。

那麼，疊加態的坍縮，即波函式的坍縮，這個過程前後的

量子態計數

是不變的，所以量子態坍縮也是不需要時間的，即可以瞬間完成坍縮。

因此，我們可以得出，任何不需要時間的相互作用，其過程前後，

量子態計數

都不會發生變化，即：變化不需要時間，是因為

量子態計數

沒有變化。

不過，這裡有兩點需要注意：

第一，

量子態計數不變，就沒有資訊（不是傳遞資訊），所以量子糾纏現象，其過程沒有資訊。

第二，

光子傳遞的資訊，不是其自身的量子態變化，而是反應了

費米子

量子態的變化。

可見，

資訊與時間

，在微觀的來源是共同的，即量子態的計數變化，或說是量子數自由度的排列組合，即

量子位元

。

時間的方向

理論上，

費米子

構成了——物質結構，而

玻色子

則傳遞了——相互作用，那麼除了

光子

，另外還有三種

玻色子

：

膠子

——沒有質量，無法抵達光速，由於夸克禁閉被束縛在原子核內部，相當於

暫停時間

。

W和Z玻色子

——有質量，無法抵達光速，透過相互作用減少費米子的質量，相當於

消耗時間

。

希格斯粒子

——有質量，無法抵達光速，由希格斯場產生（場是粒子的集合，粒子是場的振動），而

希格斯場

還負責賦予其它粒子質量，相當於

產生時間

。

至於，

超越光速

產生時間倒流（時間變成虛數，在數軸旋轉了180度），這只是數學上的對稱性（有正就有負），所形成的方程求解，並不一定對應著物理上的客觀存在。而在現實中，也沒有任何

有質量

的物體，可以抵達或是超越光速。

在狹義相對論下，觀察者參考系時間（靜系時間） = 運動者參考系時間（動系時間） * 洛倫茲因子——1 / sqrt（1 - （v/c）^2），當v > c即速度超光速時，洛倫茲因子開根號出現負數，因此時間變為虛數。

但，如果僅從數學上來看，由於虛數的平方是實數，所以

虛數世界

與我們的

實數世界

，其實相差了一個平方。

因此，超光速的平方，就對應了

虛時間

的平方（為負數），同時也對應了

虛能量

的平方（為負數）——這代表了物質抵達光速，就變成了

“純能量”

（沒有靜質量），繼續超光速，這個能量就會從這個宇宙消失，變成

虛能量

（其平方在這個宇宙是負數），即：可能去了另一個平行宇宙。

虛時間——時間平方為負時的時間。

虛能量——能量平方為負時的能量。

虛質量——質量平方為負時的質量。

不過，有一種假想中的粒子，一直處在超光速運動的狀態，稱之為——

快子

（質量平方為負，即擁有

虛質量

，對應了

虛時間

）。快子的存在，並不違背

狹義相對論

的設定，只是目前並沒有發現其存在的證據。

然而，還有觀點認為，時間並不是連續的，而是量子化的。因為微觀粒子能量變化的非連續性，會讓時間也一起變得非連續，即存在一個最小的時間單位——就是

普朗克時間

（h / c，普朗克長度 / 光速），為 10^-43秒。

大爆炸過後10^-43秒，即所謂的普朗克時間，計算的宇宙溫度大約是10^32K，比太陽內部的溫度還高10億億億（10^25）倍，然後，宇宙隨時間膨脹、冷卻……

但這不重要，所有對時間不同角度的描述，最終都會落實到變化上——

時間是用來描述變化的計量

，沒有變化就沒有時間了。

那麼，

從微觀角度來看

，量子態計數所描述的微觀變化，就是變化的終極本質，也就是時間的終極本質——代表著時間計數器

“滴答滴答”

的最終來源。

那麼，

從宏觀角度來看

，廣義相對論認為時間、空間、物質三者不能分開解釋，它們是宇宙的基本結構。因此，物質變化就一定會帶來時間的變化。這可以理解為，是微觀粒子的變化，積累形成了宏觀物質的變化，最終使得時間從微觀到宏觀，連續而統一的存在。

而

在宏觀統計上

，物質的變化是有方向的，即是

宇宙熵增無序

的方向——這對應了現實中，

四種

等價的變化：

第一，

質量（有序結構，勢能）轉變成能量（無序運動，動能）。

第二

，對稱性破缺（低溫，低對稱性）轉變成對稱性（高溫，高對稱性）。

第三，

物質粒子（費米子）轉變成光子（玻色子）。

第四，

量子態（不同）可計數，轉變成量子態（全同）不可計數。

也就是說：

質量

——是低溫，導致對稱性破缺的有序結構，其微觀粒子的量子態不同，蘊含著勢能。

能量

——是高溫，導致對稱性恢復的無序運動，其微觀粒子的量子態相同，蘊含著動能。

熵增

——是從質量到能量，從低溫到高溫，從不對稱到對稱，從有序到無序，從物質粒子到光子，從勢能到動能，從靜止到光速，從不運動到運動的過程。

那麼

從宏觀來看，

時間就是熵的變化——熵增是時間流逝，熵減是時間倒流——而質量、低溫、不對稱、有序、物質粒子、勢能、靜止、不運動等——都可以看成是，儲存著

“時間”

。

能量——通常是指可利用的能量，即存在有序結構的質量，當有序結構（勢能）轉化為無序運動（動能）之後，就只剩下了不可利用的能量。宏觀上，可利用能量也被稱為自由能，其代表了，將內能轉化為對外做功的能力。

例如，生命與產品的創造，是區域性熵減——相當於產生時間；生命與產品的磨損，是區域性熵增——相當於消耗時間。

例如，人體的衰老時間，宏觀上是質量減少的變化，微觀上是基因從有序到無序的變化，最本質是物質粒子量子態計數的變化，其過程是，基本粒子變化影響了上層原子，原子變化影響了分子，分子變化影響了基因表達，基因表達影響了細胞運作，細胞運作影響了組織器官，最終影響了人體衰老變化，即衰老時間。

由此可見，時間也是存在方向的，即時間的變化指向了——

熵增無序和質能轉化。

而光子沒有質量，僅有能量，量子態不可計數——則代表著時間變化的終點，所以光子的時間靜止，不再變化。

但需要指出的是，熵增是宏觀統計，在微觀可以隨機到熵減，要定量的描述時間——在宏觀可以用

熵值計數

，在微觀可以用

量子態計數

——而微觀與宏觀的分界線，就是

量子效應

，即：有量子效應是微觀，反之是宏觀。

最後，如果

物質變化

代表了時間，那麼這個

變化的快慢

，就會代表不同的

時間流逝速度

，這對應了兩種相對論的結論：

狹義相對論

指出——相對速度越快，時間就越慢，即：相對時間膨脹。

廣義相對論

指出——越靠近引力場，時間就越慢，即：絕對時間膨脹。

需要注意的是，根據廣義相對論，在超強引力場中（如黑洞中），時間可以慢到靜止，但這與光子的時間靜止，卻是兩種本質不同的靜止：

光子的時間靜止

——是因為沒有質量，從而沒有了物質變化。

黑洞的時間靜止

——是因為質量極大，引力將物質極端緊密的擠壓在一起，導致沒有運動、溫度幾乎抵達絕對零度，從而沒有了物質變化。

例如，霍金（Stephen Hawking）透過結合部分的廣義相對論與量子力學，證明黑洞也擁有溫度，透過計算發現，質量約為3個太陽質量（即3M）的黑洞，其溫度大約只比絕對零度高一億分之一度（約1。8 * 10^-9K），這幾乎就沒有任何微觀運動了。

事實上，黑洞越大越冷，我們銀河系中心的質量約4 * 10^6M的黑洞，溫度只有1。5 * 10^-14K——這意味著，黑洞越大物質變化越慢，即時間越慢。

有關黑洞和大爆炸的資料，取自《宇宙的輪迴》（羅傑·彭羅斯）和《宇宙的琴絃》（布賴恩·格林）。

空間的本質

因為有了物質，

物質變化的呈現就是空間

，比如長寬高、位置差、大小方向等，都是隨著物質變化所展現出來的——

結構屬性

。

而通常，我們所謂的空間感，最主要來源就是空，並且曾經人們覺得真空是沒有任何物質的。

但沒有物質，又怎麼會有空間呢？

後來，

量子場論

認為真空——並不是沒有任何物質，而是充滿了場和能量的。

場，是一種存在於空間之中，看不見摸不著但確實存在的物質，

比如引力場、電磁場、夸克場、電子場、中微子場、光子場、希格斯場，量子場等等，都具有

客觀存在

的可觀測效應。

可見，

場就是物質變化的範圍

——它能夠被

量子化激發

，產生能量和動量，以及與微觀粒子發生互相作用。

於是，場就可以看成是，

同類型粒子的集合

，而場中的微小振動（即

量子化激發

），就產生了一類粒子，就如：光子是電磁場的微小振動，電子是電子場的微小振動，希子是希格斯場的微小振動。

這可以形象的理解成，向平靜的湖面，扔下一個小石子，結果湖面波紋漣漪，於是平靜的湖面從能量最低態（即基態）中被激發了。

那麼，

真空中的場

——其實是充滿了

虛粒子

的，並且

虛粒子，

會持續地隨機生成或湮滅於空間的任意位置，產生可觀測效應。而如果所有位置的

虛粒子

，都處在了最低能量態，那麼空間就抵達了最低能量態，即

量子真空態

。

虛粒子——相對於實粒子，其無質量、無法直接觀測到，但存在可觀測效應，如卡西米爾效應。注意，只要能夠觀測到的粒子，就是實粒子，而不是虛粒子。

卡西米爾效應——是指真空中兩片中性（不帶電）的金屬箔，在距離非常非常小的時候，會出現互相的吸力，也就是卡什米爾力，這在經典理論中是不會出現的現象。而產生這種吸力的原因，就是在金屬箔之間的距離，小於真空中虛粒子的波長時（波粒二象性），虛粒子就無法存在於金屬箔之間，從而金屬箔外的虛粒子就會迫使金屬箔相互靠攏。

由此可見，

真空並不是空的

，裡面充滿了場和能量，而在宇宙中，也沒有什麼地方是“空”的，因為物質無處不在，並且也只有物質存在，才會有空間的存在。

再從另一個角度來看，如果宇宙真的存在

“空無一物”

（即沒有物質）之處，那麼此處也應該不存在物理定律才對——但我們知道，物理定律在宇宙中是普適的，即無處不在的。

因此可以說，有物質才有空間——

物質變化的呈現就是空間。

時間與空間

如前文所述，

時間與空都是源於物質的變化

，於是時間與空間，就（透過物質變化）一起構成了——

緊密聯絡不可分割的時空，

並且時空與物質，

就像是一個統一的整體，

是一個共同的本質，所呈現的不同表象。

時空區域——是在一段時間內的空間區域，它擁有這段時間內空間區域中，所有發生事件的記錄，即所有物質變化的記錄。

例如，在宇宙大爆炸的

奇點

，物質還沒有開始變化，所以

時間與空間

都是不存在的，同時一切物理定律也是不存在的，因為物理定律，就是描述

物質變化

的規律。

既然如此，那麼

物質變化

所產生的互相作用，以及所形成的特性，也就會體現在

時間與空間

所構成的時空之上。

所以，

如果物質可以彎曲，那麼時空也就可以彎曲

。

在

廣義相對論

中，愛因斯坦認為，質量會讓時空彎曲，如果時空彎曲，光的路徑就會彎曲，因此光就會彎曲。於是，光在透過

強引力場

附近時會發生彎曲，這就是

廣相

的重要預言之一。而光路徑的

“彎曲效應”

早已經被實驗所證實。

例如，遙遠恆星的光線，經過太陽時會產生偏折。

在此需要注意的是，從

廣相

的視角來看，時空彎曲產生了

“引力效應”

，同時改變了光的路徑，所以並不是引力的吸引讓光彎曲。並且光沒有質量，這意味著光本身不會彎曲（影響）時空，但仍然會受到（其它質量）彎曲時空的影響。

例如，透過實際觀測，發現光路徑彎曲的角度，與廣相的計算結果一致，而廣相認為沒有引力，只有時空彎曲。

如果用狹相把光子的能量等效質量，再用萬有引力計算，那麼光的彎曲角度，只有廣相計算的一半，即：（萬有引力 + 狹相）產生的彎曲角度 * 2 = 廣相彎曲角度。

由此可見，物質變化——就是

時空、質量與能量

，三者地聯動變化，即：

質量彎曲時空，時空指引運動，運動產生能量，能量改變質量。

然而，如果

時間與空間

是一個時空整體，那麼我們就可以說，

空間結構

與

時間結構

是存在對映關係的，即：

空間形狀

一定對應了一種

時間形狀。

那麼，

時空彎曲

就對應了

空間彎曲

與

時間彎曲

，其中

空間彎曲

，即是如馬鞍或球面那樣的空間結構，但對於

時間彎曲，

具體是什麼意思呢？

這說明了——時間在不同的（空間）位置上有不同的（流逝）速度，我們就說時間是彎曲的，即：時間的流逝速度，對應了空間結構的曲率，也就是不同的加速度，對應了不同的時間速度。

所以，光在彎曲時空中，沿著最短路徑“測地線”運動，就是沿著時間流逝最慢的方向傳播，因為“測地線”是在流形上加速度為0的曲線。

時空曲率——意味著幾何結構無法在二維平面展開，如球面、馬鞍等，而像圓柱則可以在二維平面展開。

於是，更進一步，那些奇異的

空間結構

（形狀）——如

烏比斯環（帶）

、

克萊因瓶

這種迴環遞迴結構，也就存在對應的

時間結構

，即：時間的迴路迴圈結構，也就是穿越時間的旅行。

有趣的是，哥德爾從（廣相）引力場方程中，解出了一個

時空迴圈

的宇宙，即：宇宙中存在一種世界線是“封閉”的自我迴圈結構，這被稱為——

封閉式類時間曲線

（Closed Time Like Curves， CTCs），並且根據哥德爾的計算，這類宇宙的尺寸應該是極大的——可能達到數十億光年。

而這種宇宙，沒有入口也沒有出口，從起點可以回到終點——這不僅說明，宇宙將會週而復始的迴圈，還隱含著穿越時間回到過去的可能——但回到過去，並不能改變歷史（因為一旦改變就會形成一個新的平行宇宙）。

為了慶祝愛因斯坦70歲的生日，哥德爾送給他一個令人驚訝的計算結果，作為禮物，即：引力場方程中——存在時空迴圈的宇宙。

最後，從某種角度來看，距離即是時間，因為需要

“物質變化”

才能穿越距離，而距離又是空間的屬性，所以——

空間就是一種時間

。

四維時空

在狹義相對論中，宇宙模型是一個

四維時空

，即：三維空間加上一個一維時間。在此我們可看到，空間有三個自由度，而時間只有一個自由度。

而愛因斯坦思維的飛躍性就在於：他認為在

四維時空

裡，宇宙的一切事物都以一個固定的速度在運動，即光速。因此，他把這個想法稱之為——光速不變性，即反映光速不變的特性。

愛因斯坦曾今，一度想把相對論命名為——“不變論”。

那麼，要理解

四維時空

的光速不變性，就要從

時間

與

空間

兩個角度分別來看，然後再合起來看兩者的關聯，最後才能感知

光速不變性

的意義。

首先看空間

在空間中有速度，並且任何一個方向上的速度，都可以分解成三個空間維度上的分速度。也就說，在空間裡，速度可以在三個維度之間分解與合成，不同的形式是等價的。

例如，在三維空間中，任意方向的速度，都可以分解成，XYZ軸方向的三個速度。而空間速度的意義，其實就是在三個軸上的運動快慢。

然後看時間

那麼，在時間維度中有速度嗎？

顯然是有的，這就是時間流逝的快慢，這對應了空間裡運動的快慢，即：流逝快慢對應運動快慢。

而不同之處就在於，空間速度有三個維度，時間速度只有一個維度。

接著看時空

既然時空是一個整體，且三維中的速度可以分解與合成，而時間維度也有一個速度，那麼在四維時空裡，

空間速度

與

時間速度

，可以互相分解與合成嗎？

愛因斯坦認為，是可以的，並且在四維時空裡，合速度的上限，就是光速——這就是光速在四維時空裡的不變性。

這也就是說，當一個物體，在空間中（相對）靜止的時候，此時它的

空間速度

就是0，

時間速度

就是光速；那麼，如果物體的

空間速度

越來越快，它的

時間速度

就會越來越慢，但合速度始終保持是光速；最後，如果物體的

空間速度

抵達光速，它的

時間速度

就是0。

由此得出的，就是

狹相

的結論，即：相對速度越快（空間速度越快），時間越慢（時間速度越慢），如果相對速度抵達光速（空間速度抵達光速），那麼時間靜止（時間速度為0），相反如果相對靜止（空間速度為0），那麼時間速度就會是光速。

例如，光子就是

空間速度

為光速，

時間速度

為0，而相對靜止的物體，就是

空間速度

為0，

時間速度

為光速。

可見，這個模型建立的前提，就是光速是速度的極限。

理解時間速度

時間速度為0，很好理解，就是時間不再變化，結合前文論述，也就是物質不再變化。

那麼，時間速度為光速是什麼意思呢？

從具象的想象來看，就是鐘錶指標旋轉的速度是光速，或有個物體的運動（如鐘擺、光子）計量了時間，而這個物體的運動速度是光速。

從

物質變化

角度來看，如果時間速度為光速，其實就是

物質變化

為光速，即：

物質內部

存在一個變化量為光速（這裡光速代表的是一個數值），而這可以有兩種形式：

第一，變化量從0到光速。

第二，變化量從光速到0。

那麼對應到現實，我們看到物質（衰變）輻射出光子的過程，就會在

物質內部

存在

“空間速度從0到光速”

且

“時間速度從光速到0”

的變化。

因為，物質內部減少的

質量

轉變成了

光子

，於是質量的

空間速度

——就從0跳變成了光子

（空間速度）

的光速，而

空間速度

與

時間速度

是對應的（即合速度是光速），所以質量的

時間速度

——必然就是從光速跳變成了光子

（時間速度）

的0。

由此可見，質量轉變成光子的過程——就可以理解為相對靜止的時間速度，即：時間速度為光速，也就是物質存在光速變化量。而時間速度，其實也是一種運動，這就像空間速度是一種運動一樣。

最後，我們發現物質變化，其實就是

“質量到光子”

即

“質量到能量”

的轉化。而光子沒有質量，只有能量，且時間靜止，這說明了——質量擁有時間，能量沒有時間，質量到能量的轉化，即是時間的方向。

場與以太

曾經，人們認為宇宙空間中，充滿了一種看不見摸不著的空間介質，稱之為

以太

。

後來，愛因斯坦在

狹義相對論

中，否定了以太的存在，當然科學實驗也一直未能找到以太存在的證據。

再後來，愛因斯坦的

廣義相對論

不斷地被驗證正確，可以解釋越來越多的實驗現象，此時愛因斯坦坦言：

廣義相對論更像是一種場論

。

而與此同時，

量子場論

在微觀，已經逐漸構建出了自己的各種場，並試圖相容引力場，形成一個可以解釋萬物的——

大統一理論

（Grand Unified Theories，GUTs），但目前

量子場論

相容引力場仍未有結果。

量子場論——是狹義相對論（質能轉化）、量子力學（機率和不確定性）、以及經典場論（相互作用的場模型），三者相結合的產物，又稱相對論量子場論。

事實上，關於

量子力學

中的——

場

，理論上它是充滿了整個宇宙的量，可以用數學上的一個函式描述——可見它並不是時空，而是定義在時空上的函式。

而這個

場

，是一個宏觀模型，它有不可觀測的時候，但由於量子漲落，它又會出現可以觀測的時候即透過相互作用來呈現。所以，

場

充滿了宇宙，其實是充滿了，可觀測和不可觀測狀態的疊加狀態，並會隨機的展現出一個狀態。

量子漲落

——是指在空間任意位置，能量的暫時變化，也稱量子真空漲落。從海森堡的不確定性原理可以推匯出這結論。

可在此，我們發現

場

與

以太

，兩者模型中所描述的——都是空間中充滿一種“不可見”的物質。只不過

以太

受制於時代的侷限性——認為這種不可見物質是

實粒子

，而在

場

中——這種不可見的物質被證明是

虛粒子

。

那麼，我們是否可以認為，物質所形成的

時空模型

，必然是充滿了

“物質”

的——就是能量與質量、不可觀測與可觀測的混合隨機態，而

場

就是一種

“虛以太”

所形成的

“濃湯”

。

由此可見，光的傳播必然是在

場

中的，而

場

就是光的

“介質”

，因此光速就是相對於

場

，而不是相對於

光源

的，所以光速相對於光源運動，具有不變性。

最後，在弦理論領域，就有這樣一句名言——“Nothing is Something！”

後記：時間與連線

或許，我們永遠也無法擁有，任意操控

時間與空間

的能力，但深刻地理解

時間與空間

，會使用我們擁有洞見

自己與生活

的力量。

顯然，在所有可能的層面上——

體驗生活、感知宇宙

，要比僅僅停留在符合

人類感知

能力的層面上，更加能夠——

感悟自己、洞察世界

。

而我們對

時間與空間

本質的理解，不僅是人類智慧的

證明與追逐

，也最終會令我們瞭解——宇宙對

人類感知

範圍的限定，並從中看清人類自身的

侷限與無限

。

那麼，一個人對時間的獨特理解，就代表著一個人與宇宙之間的

獨特連線

。

番外1：為什麼光子沒有靜質量

靜質量

（Rest Mass）——也可以譯作

剩餘質量

，又稱

不變質量

（Invariant Mass），它通常是指物體靜止時，所擁有的質量，屬於物體內在的屬性，不隨參考系變化，在性質上與

慣性質量

一致。

首先，

從理論上來說，光子沒有靜質量是一個

假設

，並且很多其它物理理論依賴於它。

例如，如果光子具有靜質量，那麼

真空光速

將不再是常數，

量子電動力學

將不再具有規範不變性，

電荷守恆

也無法自動保證，甚至還會影響到

麥克斯韋方程組

的成立。

規範不變性（Gauge Invariance）——是拉格朗日函式和運動方程，在規範變換下保持不變的性質，即：變換後所有物理量和物理規律保持不變。而規範不變性要求規範玻色子（如光子、膠子）的靜質量為0。

拉格朗日函式（Lagrangian Function）——是粒子系統的動能減去其勢能的運算。

規範變換（Gauge Transformation）——是對稱操作，具體是指場的相位變換。

相位（Phase）——就是一個波，其迴圈中的位置，如：波峰、波谷、或是峰谷之間某個點的標度。

事實上，假設是可以修改的，如果非要假設

光子有靜質量

也行，只不過受其影響的理論都要做出相應的修訂。而這些理論，目前在

光子沒有靜質量

的假設之上工作的很好，也得到了大量實驗的驗證。

那麼，為什麼最開始會假設

光子沒有靜質量

呢？這是源於

狹義相對論

的推理，可以從兩個方面來說：

第一，狹義相對論假設

光速不變原理

，也就會說光子在任意慣性系中都是光速運動，且不存在光速參考系的存在。

因此，光子就不存在靜止參考系（Rest Frame），即：不存在光子在其中靜止的參考系。所以，光子就不會靜止，進而假設光子沒有靜質量（Rest Mass），就是一種比較自然的選擇。

而靜質量，又稱為

不變質量

（Invariant Mass），是因為運動是相對的，那麼運動對應的

動質量

就是隨參考系變化的，於是不隨參考系變化的，自然就是

不變質量

了。

所以，相對論質量 = 變動質量（依賴參考系） + 不變質量（不依賴參考系），即：動質量 + 靜質量。

第二，狹義相對論的質能方程指出，E = mc^2（m是相對論質量）或等價於 E^2 = p^2c^2 + m^2c^4（p是相對論質量的動量，m是靜質量）。也就是說，總能量 = 勢能 + 動能，其中勢能來源

靜質量

（宏觀是內能，微觀是場能），動能來源

動質量

。

顯然，如果微觀光子靜質量為0，那麼上述方程得到：E = pc，而在經典電動力學中，宏觀光的能量和動量剛好滿足：E = pc，於是這樣假設剛好就統一了光在宏觀與微觀的方程。

其次，

我們從實驗角度來看，並沒有證據表明，光子的靜質量為0。

實驗原理是，如果光子有靜質量，靜磁場的行為會有所變化，那麼透過測量星球的磁場，就可以推算出光子靜止質量的上限。

目前的實驗結果是，光子的靜質量上限在10^-51kg到10^-62kg之間，要知道已知最輕的有靜質量粒子——中微子，其質量是10^-36kg，光子比中微子要輕幾十個數量級。

那麼可以想象，光子的靜質量如果存在，是該有多麼多麼的渺小，以至於我們甚至都會懷疑——我們的實驗精度，是否真的能夠計算出光子的靜質量。

另外，實驗給出的是

光子靜質量

的上限（即不會超過的數值），而沒有給出下限（即不會低於的數值）——換言之，

光子靜質量

的下限就是不確定的，可能等於0。

最後

，綜上可見，雖然

光子沒有靜質量

是一個假設，但在目前人類知識的範圍內，是極其確定的一個結論。

番外2：光子與靜頻率

首先，質能方程（E = mc^2）給出了

靜質量

（m）對應的

靜能量

（E），光子是沒有這個

靜能量

的，因為光子沒有

靜質量

，只有動質量。

換個角度理解，

靜能量

是粒子在

靜止座標系

中的能量，而光速沒有靜止參考系，所以光子沒有

靜能量

。

其次，光子是有能量的，由普朗克公式（E = hv）得出，這裡的能量（E）不是

靜質量

，v是光子的頻率。

然後，我們會發現這兩個公式，都有一個能量E，如果是同一個型別的E，就可以形成一個新的等式即：mc^2 = hv。

我們知道，普朗克公式中的能量E，並沒有限定是什麼型別的能量，所以若要新等式成立，就要限定普朗克公式中的能量為

靜能量

。

那麼，如果E = hv中的E是

靜能量

，頻率v會變成什麼呢？

試想，原公式中，頻率v是運動，其帶來了能量，而

靜能量

對應的是

靜質量

，

靜質量

代表的是“不運動”，因此我們可以把

靜能量

對應的頻率v，稱之為——

“靜頻率”

，它代表著靜止的週期，即“不運動”的週期。

事實上，“不運動”會產生運動的趨勢，即勢能，這就是

靜質量

的微觀來源，於是

靜頻率

帶來對應

靜質量

的

靜能量

，就是一個很“合理”的假設。

接著，新等式就可以推出一個新公式，即：v = m * （c^2 / h），其中c和h都是常數，所以 （c^2 / h）就可以看成是一個

係數

，而

靜頻率

和

靜質量

，就是成正比的，即：

靜質量

越大，其靜止的週期越多，

靜質量

越小，其靜止的週期越少。

而這個

靜頻率

，可以看出它

反比於

時間“滴答”的週期，即：

反比於

時間流逝的速度。也就是說，靜止的週期

越多

，時間“滴答”的

越少

，時間流逝的就

越慢

，反之靜止的週期

越少

，時間“滴答”的

越多

，時間流逝的就

越快

。

這對應了，廣義相對論中的

絕對時間膨脹

，即：靜質量越大（

靜頻率

越高），引力場越強，時間越慢。

最後，我們可以看到，光子沒有

靜質量

，也就沒有

靜能量

，所以新等式無法存在，即沒有

靜頻率

，所以光子沒有靜止的週期，即：沒有時間的流逝，也就沒有時間，或說時間靜止。

由此洞見，當

靜質量

全部轉化為光子，時間就不再流逝，而沒有時間就沒有辦法度量距離，因為距離依賴時間才能測量，那麼沒有距離的宇宙，就如同一個質點（所有全同光子可視為一個），這就為一個“新宇宙”的誕生，做好了準備。