光的世界——宇宙時(shí)空模型簡介

沈丁超

the world of light-universe space time model introduction

沈貞超。

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光的世界——宇宙時(shí)空模型簡介

沈丁超

(湖北武漢430080)

利用愛因斯坦場方程張量原理研究宇宙奇點(diǎn)大爆炸后宇宙時(shí)空的組成原理。黎曼幾何原理模擬推導(dǎo)奇點(diǎn)形成過程；奇點(diǎn)結(jié)構(gòu)和0-12維整體維時(shí)空的定義。

通過維度時(shí)空進(jìn)而推導(dǎo)出時(shí)空以及鏡像時(shí)空之間互為正負(fù)的關(guān)系。進(jìn)而通過愛因斯坦狹義相對論；廣義相對論；量子場論；量子糾纏等一系列已知理論驗(yàn)證0-12維全維度時(shí)空以及鏡像時(shí)空的正確性。通過研究光子構(gòu)成；時(shí)空構(gòu)成以及引力波的構(gòu)成，推導(dǎo)出光子即是奇點(diǎn)；即是宇宙弦，即是一切宇宙物質(zhì)構(gòu)成的終極理論。通過恒星級核聚變；核裂變以及引力場與時(shí)空曲率之間的關(guān)系，推導(dǎo)出宇宙即使一個(gè)依據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程E=mc2以及質(zhì)能守恒定律，自主運(yùn)動(dòng)的高智能循環(huán)生態(tài)體系。同時(shí)圓周率π也揭示著宇宙是一個(gè)由球狀空間無限嵌套的球形時(shí)空。

關(guān)鍵詞:奇點(diǎn),時(shí)空維度,鏡像時(shí)空理論,核聚變

PACS:02.40.Xx，03，04，89.30.JjDOI:

1引言

現(xiàn)代物理學(xué)發(fā)展至今，從伽利略；牛頓時(shí)代的經(jīng)典力學(xué)為開端，先后發(fā)展出電磁學(xué)；熱力學(xué)；狹義相對論；廣義相對論以及量子力學(xué)。在諸多的物理學(xué)科之中人類一直在尋找統(tǒng)一宇宙的完整物理體系，而愛因斯坦的相對論與量子力學(xué)之間依然存在著無法調(diào)和的矛盾，比如四種基本力的統(tǒng)一問題。再比如宇宙大爆炸理論中的物質(zhì)“無中生有”的說法一直找不到科學(xué)的依據(jù)和支撐。人類從未停止對宇宙時(shí)空的探索，但可惜的是人類對于宇宙時(shí)空維度的認(rèn)知一直停留在萌芽階段。物理學(xué)史一門精密而嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)科，拋開宇宙維度的視角人類永遠(yuǎn)無法真正看清我們所在的宇宙時(shí)空到底是一個(gè)怎樣的存在。此論文從宇宙大爆炸的奇點(diǎn)為起點(diǎn)開始詳細(xì)闡述，奇點(diǎn)；時(shí)間；空間；維度；宇宙邊界；宇宙再循環(huán)等一系列的學(xué)科話題。

2時(shí)間

時(shí)間是現(xiàn)代物理學(xué)中的七個(gè)基本物理量之一，符號為t?，F(xiàn)代宇宙學(xué)理論認(rèn)為，宇宙大爆炸“之前”沒有時(shí)間可言。（是否有“之前”后文詳細(xì)闡述）“永遠(yuǎn)向前”指時(shí)間的增量總是正數(shù)。時(shí)間是一個(gè)較為抽象的概念，是物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)、變化的持續(xù)性、順序性的表現(xiàn)。時(shí)間概念包含時(shí)刻和時(shí)段兩個(gè)概念。時(shí)間是人類用以描述物質(zhì)運(yùn)動(dòng)過程或事件發(fā)生過程的一個(gè)參數(shù)，確定時(shí)間，是靠不受外界影響的物質(zhì)周期變化的規(guī)律，愛因斯坦說時(shí)間和空間是人們認(rèn)知的一種錯(cuò)覺。而近代科學(xué)大爆炸理論認(rèn)為，宇宙從一個(gè)奇點(diǎn)處爆炸開始，這也是時(shí)間的起點(diǎn)。愛因斯坦在相對論中提出：不能把時(shí)間、空間、物質(zhì)三者分開解釋。時(shí)間與空間一起組成“四維時(shí)空”，構(gòu)成宇宙的基本結(jié)構(gòu)。以下重點(diǎn)研究這個(gè)所謂的“四維時(shí)空”理論的真?zhèn)涡?。（本文中不會出現(xiàn)空間這個(gè)概念，空間與時(shí)間統(tǒng)稱為時(shí)空。）

3宇宙大爆炸理論

宇宙大爆炸理論是現(xiàn)代宇宙學(xué)中最有影響的一種學(xué)說。宇宙大爆炸理論認(rèn)為宇宙是由一個(gè)致密熾熱的奇點(diǎn)于137億年“前”一次大爆炸后膨脹形成的。產(chǎn)生了迄今已知宇宙中包括物質(zhì)與“反物質(zhì)”；時(shí)空；距離；能量的一切要素。物質(zhì)與物質(zhì)之間產(chǎn)生距離，1929年，美國天文學(xué)家哈勃根據(jù)假說提出星系的紅移量與星系間的距離成正比的哈勃定律，并推導(dǎo)出星系都在互相遠(yuǎn)離的“宇宙膨脹說”。

4時(shí)空維度

時(shí)空，時(shí)間與空間的簡略集合名詞（時(shí)間+空間）。是力學(xué)、物理學(xué)、天文學(xué)和哲學(xué)的基本概念。在力學(xué)和物理學(xué)中，這些概念是從對物體及其運(yùn)動(dòng)和相互作用的測量和描述中抽象出來的；涉及物體及運(yùn)動(dòng)和相互作用的廣延性和持續(xù)性。提到時(shí)空就涉及到多維度時(shí)空概念。多維時(shí)空標(biāo)準(zhǔn)模型中，當(dāng)今世界超弦理論中流行著“11維時(shí)空”的說法，現(xiàn)在我們來驗(yàn)證一下“11維時(shí)空”理論的由來。

在基礎(chǔ)物理學(xué)發(fā)展的進(jìn)程中，人類一直忽略了一個(gè)極其重要的概念，這個(gè)概念就是維度，至今為止人類對于宇宙維度的認(rèn)知依然停留在萌芽階段沒有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)知。在我們討論維度之前，我們首先來來了解一下愛因斯坦廣義相對論場方程。

愛因斯坦場方程：

R_uv-1/2*R*g_uv=κ*T_uv

Rμν-（1/2）gμνR=8GπTμν/（c*c*c*c） -gμν

說明：R_uv為里契張量表示了空間的彎曲狀況。T_uv為能量-動(dòng)量張量，表示了物質(zhì)分布和運(yùn)動(dòng)狀況。g_uv為度規(guī)，κ為系數(shù)，可由低速的牛頓理論來確定。"_"后字母為下標(biāo)，"^"后字母為上標(biāo)。 　意義：空間物質(zhì)的能量-動(dòng)量（T_uv）分布=空間的彎曲狀況（R_uv）

解的形式是：ds^2=Adt^2+Bdr^2+Cdθ^2+Ddφ^2　式中A,B,C,D為度規(guī)g_uv分量。

愛因斯坦場方程是一個(gè)二階非線性偏微分張量方程，從愛因斯坦場方程可以獨(dú)立推導(dǎo)出運(yùn)動(dòng)方程，所以才有了那句經(jīng)典的名言：物質(zhì)告訴時(shí)空如何彎曲，時(shí)空告訴物質(zhì)如何運(yùn)動(dòng)。從愛因斯坦場方程求解中衍生出宇宙學(xué)，黑洞學(xué)等諸多學(xué)科。這里重點(diǎn)聊聊張量這個(gè)概念，我們熟知的物理學(xué)和數(shù)學(xué)中有標(biāo)量；矢量，標(biāo)量是沒有方向只有大小的量。比如在坐標(biāo)系XY軸中有一點(diǎn)M，那么根據(jù)勾股定理距離OM=√x2+y2，如果把坐標(biāo)系進(jìn)行變換，OM的距離不會發(fā)生變化，這時(shí)候OM就是標(biāo)量。矢量是既有方向也有大小的量，在二維直角坐標(biāo)系中有一個(gè)矢量M?，M?=3x?+4y?,那如果在三維坐標(biāo)系中，矢量M可以被定義成三個(gè)分量，x分量我們可以理解成長，y分量我們可以理解成寬，z分量我們可以理解成高。張量就是矢量的推廣。

以二維直角坐標(biāo)系舉例，x和y通過排列組合我們把分量的數(shù)量增加可以表示成矢量x?x?,x?y?,y?x?,y?y?。

在三維直角坐標(biāo)系中我可以通過排列組合表示成矢量

x?x?x?；x?x?y?；x?x?z?

y?x?x?；y?x?y?；y?x?z?

z?x?x?；z?x?y?；z?x?z?

我們把兩個(gè)坐標(biāo)系組成的微分量稱作二階張量，由三個(gè)坐標(biāo)系微分量組成的張量稱為三階張量。所以標(biāo)量是0階張量，矢量是1階張量。而組合坐標(biāo)系的意義在于我們通過張量計(jì)算出應(yīng)力，比如一個(gè)正方體受到外因而壓縮，在這個(gè)正方體的某一個(gè)截面上某一點(diǎn)受到的各個(gè)方向上的力，稱為應(yīng)力，這時(shí)候矢量無法表達(dá)，我們通過張量可以表述成x?x?，第一個(gè)x表示法向x軸也就是垂直x軸，第二個(gè)x代表x方向上的力。我們可以通過組合；平移；重疊坐標(biāo)的方式用張量來表示維度。

當(dāng)我們了解了張量的概念之后，通過坐標(biāo)系的變換與組合來詳細(xì)解釋維度的構(gòu)成。我們熟知的3維時(shí)空是由點(diǎn)；線；面；長；寬；高組成，也就是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的三維直角坐標(biāo)系。

0維時(shí)空 點(diǎn) 奇點(diǎn)（0點(diǎn)）

1維時(shí)空 由點(diǎn)到線 長（x軸）

2維時(shí)空 由線到面 長寬（xy二維直角坐標(biāo)系）

3維時(shí)空 由面到體 長寬高（xyz三維直角坐標(biāo)系）

已知宇宙來源于奇點(diǎn)大爆炸，當(dāng)由一點(diǎn)爆炸開爆炸范圍是由奇點(diǎn)為球心向四周發(fā)散的球狀結(jié)構(gòu)，如果取球體的半徑長寬高，分別對應(yīng)三維坐標(biāo)系的xyz軸，因?yàn)闀r(shí)間不可逆原理在坐標(biāo)軸分量完全不重疊的情況下，我們可以得到六條軸線分別是長寬xy，長高xz，寬高yz，寬長yx，高長zx，高寬zy。這六條軸線都以奇點(diǎn)為原點(diǎn)的矢量。接下來我們把0-3維坐標(biāo)分量通過排列組合的方式把維度坐標(biāo)組合起來，得到更高維度的時(shí)空坐標(biāo)系。當(dāng)在三維直角坐標(biāo)系中疊加第四條分量坐標(biāo)，或者說原xyz軸中其中一個(gè)軸線與第四條坐標(biāo)分量重合。

圖例

4維時(shí)空 3維時(shí)空疊加一個(gè)面 3維時(shí)空+長寬

5維時(shí)空 4維時(shí)空疊加一個(gè)面 4維時(shí)空+長高

6維時(shí)空 5維時(shí)空疊加一個(gè)面 5維時(shí)空+寬高

7維時(shí)空 6維時(shí)空疊加一個(gè)面 6維時(shí)空+寬長

8維時(shí)空 7維時(shí)空疊加一個(gè)面 7維時(shí)空+高長

9維時(shí)空 8維時(shí)空疊加一個(gè)面 8維時(shí)空+高寬

10維時(shí)空 9維時(shí)空疊加一條線 9維時(shí)空+長

11維時(shí)空 10維時(shí)空疊加一條線 10維時(shí)空+寬

12維時(shí)空 11維時(shí)空疊加一條線 11維時(shí)空+高

【注解：12維時(shí)空=11維時(shí)空+高=回歸原點(diǎn)=0維空間=奇點(diǎn)。所有疊加完全相同的情況下，只有原點(diǎn)0是完全重疊的，在原有三維直角坐標(biāo)系中出現(xiàn)了一個(gè)鏡像平面，這個(gè)平面的兩邊對應(yīng)著矢量方向完全相反的多維直角坐標(biāo)系時(shí)空?！?/p>

由此我們可以得出以下結(jié)論：

1.我們生存的所謂的“三維世界”其實(shí)是一個(gè)0-12維的高維度時(shí)空，但是由于人類是用2維視角平面視角在觀察這個(gè)0-12維的高維時(shí)空，所以我們對于這個(gè)宇宙的感官認(rèn)知全部主觀的被困在這個(gè)所謂的“三維世界”中。

2.當(dāng)奇點(diǎn)發(fā)生大爆炸生成宇宙時(shí)，在6個(gè)不重疊的坐標(biāo)分量上，物質(zhì)繼續(xù)持續(xù)爆炸形成時(shí)空，后續(xù)爆炸生成的球形時(shí)空，與原奇點(diǎn)爆炸生成的時(shí)空之間的關(guān)系只有三種。第一種以奇點(diǎn)為界限生成兩個(gè)完全重疊的時(shí)空，兩個(gè)時(shí)空力與作用力相反，矢量方向相反。第二種后續(xù)奇點(diǎn)爆炸在原奇點(diǎn)爆炸時(shí)空內(nèi)，形成局部疊加的時(shí)空。第三種后續(xù)奇點(diǎn)爆炸生成一個(gè)與原奇點(diǎn)球狀時(shí)空相切的球狀時(shí)空。

3.這個(gè)0-12維時(shí)空以點(diǎn)；線；面相連，構(gòu)成一個(gè)“球形時(shí)空結(jié)構(gòu)”，由奇點(diǎn)出發(fā)回到奇點(diǎn)，周而復(fù)始，沒有完結(jié)。

4.在這個(gè)0-12維的高維球形時(shí)空中，任意一點(diǎn)都是奇點(diǎn)，且奇點(diǎn)永恒不滅。奇點(diǎn)有可能是“虛”的也有可能是“實(shí)”的。也就是所謂任何物質(zhì)或者時(shí)空都是奇點(diǎn)，奇點(diǎn)以物質(zhì)或能量的形式存在于宇宙時(shí)空中的任意一點(diǎn)。

5.在這個(gè)0-12維的高維球形時(shí)空中，時(shí)空中任意奇點(diǎn)組成的面都是宇宙弦，在宇宙弦的兩端存在著一對互為鏡像的“鏡像時(shí)空”(3維時(shí)空對應(yīng)4維時(shí)空，它不是我們傳統(tǒng)意義上的鏡中成像。)，兩個(gè)時(shí)空之間存在著一個(gè)看不見的面（想象成一張平面肥皂泡，這就是所謂的宇宙弦理論）

接下來我們來驗(yàn)證一下“鏡像時(shí)空”理論，在物理常規(guī)中我們可以通過諸多證據(jù)證明這個(gè)人類視角看不到的鏡像宇宙的存在。

光子

光子是傳遞電磁相互作用的基本粒子，是一種規(guī)范玻色子，在1905年由愛因斯坦提出。光子是電磁輻射的載體，而在量子場論中光子被認(rèn)為是電磁相互作用的媒介子。光子無法靜止，所以靜止質(zhì)量為零。光子以光速運(yùn)動(dòng)，并具有能量、動(dòng)量、質(zhì)量。1901年，德國物理學(xué)家普朗克（Plank）找到了與實(shí)驗(yàn)相符的在熱平衡下的絕對黑體輻射譜的能量分布律。這個(gè)規(guī)律是量子理論發(fā)展的出發(fā)點(diǎn)。這規(guī)律的基礎(chǔ)是假定物質(zhì)發(fā)出光和吸收光具有不連續(xù)的特性，并且假定光為一個(gè)一個(gè)有限部分——光量子——發(fā)出或吸收。

這種光子的能量ε是和光的振動(dòng)頻率ω成正比的，并且可用下列等式表示

這里

，是普朗克常數(shù)。

當(dāng)愛因斯坦（Einstein）指出了除能量ε外還必須要用沖量

(這沖量的方向和光的傳播方向相符合）來描述光子后，光子的表示才的得到完善的形式。

這里需要詳細(xì)詳細(xì)解釋一下普朗克常數(shù)，普朗克常數(shù)記為h，是一個(gè)物理常數(shù)，用以描述量子大小。在量子力學(xué)中占有重要的角色，馬克斯·普朗克在1900年研究物體熱輻射的規(guī)律時(shí)發(fā)現(xiàn)，只有假定電磁波的發(fā)射和吸收不是連續(xù)的，而是一份一份地進(jìn)行的，計(jì)算的結(jié)果才能和試驗(yàn)結(jié)果是相符。這樣的一份能量叫做能量子，每一份能量子等于hν，ν為輻射電磁波的頻率，h為一常量，叫為普朗克常數(shù)。在不確定性原理中普朗克常數(shù)有重大地位，粒子位置的不確定性×粒子動(dòng)量的不確定性×粒子質(zhì)量≥普朗克常數(shù)

約為：h=6.62606957(29)×10-34J·s

其中能量單位為J（焦）。

若以eV·s（電子伏特·秒）為能量單位則為

h=4.13566743(35)×10-15eV·s

普朗克常數(shù)的物理單位為能量×?xí)r間，也可視為動(dòng)量×位移量

粒子和其反粒子的湮滅過程一定產(chǎn)生至少兩個(gè)光子。原因是在質(zhì)心系下粒子和其反粒子組成的系統(tǒng)總動(dòng)量為零，由于能量守恒定律，產(chǎn)生的光子的總動(dòng)量也必須為零；由于單個(gè)光子總具有不為零的動(dòng)量，系統(tǒng)只能產(chǎn)生兩個(gè)或兩個(gè)以上的光子來滿足總動(dòng)量為零。根據(jù)量子場論，一對正反粒子可發(fā)生湮滅變成一對高能γ光子，而一對高能γ光子在高溫下亦可發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生一對正反粒子。比如在T=1015K的溫度下可發(fā)生光子向質(zhì)子和中子等重子的轉(zhuǎn)化。

以上都是光子的基本原理，接下來闡述我對于光的定義。

1.光子具有電結(jié)構(gòu)，它是由帶正電荷的光微子e+和帶負(fù)電的光微子e-組成，正負(fù)電荷量相等，所以正負(fù)電荷抵消，整體光子對外不顯示電屬性，e+和e-的兩者質(zhì)量相等都等于me，且e+和e-在任何情況下任何參考系中都是成對出現(xiàn)的。

2.光子是以e+和e-正負(fù)光微子相互糾纏，互為本體，相互纏繞進(jìn)行傳播的，速度為光速。中科院龔祖同院士認(rèn)為光子是以e+為原子核，e-為電子環(huán)繞原子核的類氫結(jié)構(gòu)是錯(cuò)誤的，光子中的正負(fù)光微子互為本體不可拆分，平面結(jié)構(gòu)圖就是一個(gè)太極圖。

3.根據(jù)狹義相對論，e+和e-光微子同頻相互運(yùn)動(dòng)，互為參考系，我們可以視e+和e-都是運(yùn)動(dòng)的，也可以認(rèn)為它們是互為靜止的。正負(fù)光微子以纏繞圓心為方向以光速直線運(yùn)動(dòng)。e+和e-相互運(yùn)動(dòng)的軌跡在平面上是一個(gè)圓，這個(gè)圓面垂直于光的傳播方向，在平行于光子傳播的方向上且包含該方向的平面內(nèi)是一條周期性變化的類正弦曲線，它代表著光子偏振性即為橫波性。光子的電場與磁場兩者方向正交，且都垂直于光的傳播方向。

4.光子的質(zhì)量與電荷均來自于正負(fù)光微子，正負(fù)光微子可以重組，但光子形成的必要條件是質(zhì)能守恒定律，必須形成新的正負(fù)光微子組合。

5.光子無法靜止，沒有靜止質(zhì)量，光子半衰期無限等同于光子無法衰變，光子的能量和動(dòng)量僅僅與光子頻率v有關(guān)，或者說僅僅與波長有關(guān)，p=hv/c,粒子與反粒子在湮滅的過程中至少產(chǎn)生兩個(gè)光子。

6.光的傳播輻射只與時(shí)空有關(guān)。光傳播的與電磁力的傳播原理一致，當(dāng)在電線的一端施加電壓產(chǎn)生電流，在電線的另一端因?yàn)殡姶帕莶畹脑颍硪欢水a(chǎn)生電壓形成電流。在量子力學(xué)中光子是一直同步于奇點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的，時(shí)空中的任意一點(diǎn)都是奇點(diǎn)，光子可以通過自身的糾纏態(tài)在時(shí)空與鏡像時(shí)空之間形成瞬時(shí)能量傳輸，我們可以界定光子中的正光微子e+和負(fù)光微子e-之間的界限是宇宙弦，也可以界定成對的光子相互纏繞的界限為宇宙弦。光作為時(shí)空的界限，同時(shí)穿梭與各個(gè)鏡像世界之間。

以上六點(diǎn)是我對于光子的闡述，接下來看看近年物理學(xué)界對于光子最前沿的研究。2016年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予David J. Thouless、F. Duncan M. Haldane和J. Michael Kosterlitz,以表彰他們在拓?fù)湎嘧兒屯負(fù)湮飸B(tài)方面做出的理論貢獻(xiàn)。拓?fù)涓拍罴捌湓诠鈱W(xué)中的應(yīng)用。值得一提的是，本次大獎(jiǎng)獲得者之一的Haldane，也正是光子拓?fù)鋺B(tài)研究方向的開創(chuàng)者之一。

2013年以色列理工學(xué)院研究人員提出一種方案，以空間維度上的螺旋調(diào)制（z方向）來產(chǎn)生有效規(guī)范勢（或者說有效磁場），從而在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)光Floquet拓?fù)浣^緣體。由此可得到無能隙的拓?fù)溥吔鐟B(tài)。實(shí)驗(yàn)表明，光（633m）可沿z方向繞其邊界無背散射傳播（單向螺旋上升），具有一定的缺陷免疫能力，如下圖所示。

2011年，美國馬里蘭大學(xué)研究人員提出了理論設(shè)計(jì)，隨后（2013年）又在實(shí)驗(yàn)上基于兩個(gè)格點(diǎn)上的共振耦合環(huán)的方向耦合，實(shí)現(xiàn)了一種與環(huán)形微腔順時(shí)針和逆時(shí)針傳播模式相關(guān)的單向邊界傳播態(tài)。如下圖所示，順（逆）時(shí)針傳播模式經(jīng)過一個(gè)小元格會產(chǎn)生符號相反的有效規(guī)范勢。這兩種模式光可類比電子“自旋”，繞邊界單向傳輸。實(shí)驗(yàn)上證實(shí)通訊波段光（1539 nm）的單向傳輸和無反射繞過晶格缺失缺陷的特性。這種基于共振耦合微腔的結(jié)構(gòu)可完全對應(yīng)于網(wǎng)格模型下的Floquet拓?fù)浣^緣體。需要注意的是，此兩類模型中，兩種光贗自旋是完全脫耦的，所以這種拓?fù)鋺B(tài)的缺陷免疫特性僅限于自旋不反轉(zhuǎn)的情況。

根據(jù)以上定義光子傳輸，是單方向不可逆的，并且光子能量的傳輸與光子的波粒二相性和量子糾纏態(tài)有著直接的關(guān)系。光子傳播的二維截面圖如下：

如果說光子傳播截面圖是一個(gè)八卦，無論是搞物理研究的學(xué)者還是普通人估計(jì)大多數(shù)都難以接受，但根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)研究，正負(fù)光微子就是以截面為圓心相互纏繞的方式順時(shí)針或逆時(shí)針傳播的。那正負(fù)光微子中包含的另一對反向正負(fù)光微子又如何理解呢，光子與光子之間如果互為正負(fù)，互為鏡像又會組成什么呢，后文會詳細(xì)解釋光子與時(shí)空；光子與引力場；光子與物質(zhì)；光子與能量之間的關(guān)系。

反物質(zhì)

根據(jù)動(dòng)量守恒-能量守恒定律，粒子和其反粒子的湮滅過程一定產(chǎn)生至少兩個(gè)光子。反粒子的存在對于鏡像時(shí)空是一個(gè)最有力的證明，正反粒子湮滅相對于宇宙弦兩邊的鏡像時(shí)空產(chǎn)生的成對光子，也是在維度時(shí)空中遵循動(dòng)量能量守恒定律。換句話說，有一個(gè)完全和我們可視宇宙質(zhì)量；能量總數(shù)完全相同的重疊宇宙存在。這兩個(gè)鏡像宇宙，只有矢量方向是相反的，力與作用力的方向相反，電磁性相反，其他完全相同。需要特別說明的是，反物質(zhì)在常態(tài)下是無法自然存在的，在實(shí)驗(yàn)室中運(yùn)用高速對撞機(jī)可以讓我們窺探到反物質(zhì)的存在。歐洲核子研究中心早在1995年就第一次制造出了反氫原子，但只能存在幾個(gè)微秒的時(shí)間，就與周圍環(huán)境中的正氫原子相碰并湮滅。此次的突破之處在于，制造出數(shù)個(gè)反氫原子后，借助特殊的磁場首次成功地使其存在了“較長時(shí)間”——約0．17秒。

廣義相對論等效原理

在愛因斯坦相對論中，等效原理是引力場最基本的物理特性。在任何一個(gè)時(shí)空點(diǎn)上都可以選取適當(dāng)?shù)膮⒖枷?，使一切物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)方程中不再含有引力項(xiàng)，即引力可以局部地消除。如果認(rèn)為這種消除了引力的參考系是慣性系，那么等效原理告訴我們，在任何一個(gè)時(shí)空點(diǎn)，一定存在局部慣性系。伽利略最早注意到，不同物體沿斜面的下滑運(yùn)動(dòng)是一樣的,即引力加速度與物體的組成無關(guān)。

等效原理是廣義相對論的第一個(gè)基本原理，也是整個(gè)廣義相對論的核心。其基本含義是指重力場與以適當(dāng)加速度運(yùn)動(dòng)的參考系是等價(jià)的。愛因斯坦于1911年注意到這一規(guī)律，1915年正式以原理的形式提出。

愛因斯坦說在任意一個(gè)時(shí)空點(diǎn)上選取參考系，一定存在著局部慣性系，這個(gè)局部慣性系中不存在引力項(xiàng)，是因?yàn)橐蛻T性力大小完全相等，矢量方向完全相反，引力與慣性力完全抵消掉了。可慣性力在物理學(xué)中卻一直是一種虛擬力。所謂的力在經(jīng)典力學(xué)中一定存在著受力物體和施力物體，可是慣性力我們找不到它的施力物體，也找不到對應(yīng)的反作用力。從牛頓時(shí)代開始，牛頓；伽利略；愛因斯坦都發(fā)現(xiàn)兩個(gè)質(zhì)量不同的物體（一輕一重）都會以相同的加速度“下落”，然而質(zhì)量重的物體受到的地球引力比輕的更大，為什么不會“下落”的更快呢，因?yàn)閼T性力對加速度的抵抗會更強(qiáng)。那么慣性力究竟從何而來呢，從試驗(yàn)數(shù)據(jù)中我們得出結(jié)論引力質(zhì)量與慣性質(zhì)量是相等的，即

物理學(xué)界一直致力于尋求引力質(zhì)量與慣性質(zhì)量之間的差異，1971年布拉金斯基及潘洛等人將試驗(yàn)精度提升至10-12，引力質(zhì)量與慣性質(zhì)量之比始終是1。愛因斯坦一直在尋找引力質(zhì)量與慣性質(zhì)量相等的解釋，為了這個(gè)目標(biāo)他做出了“等同原理”的第三假設(shè)。根據(jù)廣義相對性原理，兩個(gè)相互運(yùn)動(dòng)的物體，我們選取A物體為參考系，那么B物體就是靜止的。如果我們選取物體B為參考系，那么A物體就是靜止的。如果我們選取地表為參考系，AB都是運(yùn)動(dòng)的，所以沒有絕對的以太靜止空間，也沒有絕對的非慣性參考系。牛頓當(dāng)年做了一個(gè)著名的水桶實(shí)驗(yàn)，牛頓說慣性力不起源于相互作用，水受到慣性力是因?yàn)樗鄬τ诮^對靜止空間“以太”旋轉(zhuǎn)了，所以水受到了慣性力。同時(shí)期的馬赫說牛頓不對，馬赫說水受到慣性力相當(dāng)于水沒動(dòng)，而是整個(gè)宇宙圍著水旋轉(zhuǎn)，并且對水施加了一個(gè)影響，所以才有了慣性力。馬赫說慣性力應(yīng)該是起源于相互作用。因?yàn)轳R赫原理，所以愛因斯坦才決定拋棄絕對靜止空間和以太學(xué)說。愛因斯坦卻說參照系的慣性和非慣性恰恰是取決與運(yùn)動(dòng)本身，宇宙中沒有絕對靜止的空間，一切都在運(yùn)動(dòng)，以整個(gè)宇宙為參照系，行星；恒星；星系，包括宇宙本身一切一切都是運(yùn)動(dòng)的。馬赫說慣性力取決于相互作用，整個(gè)宇宙圍繞著水旋轉(zhuǎn)，并且對水施加了一個(gè)力，這個(gè)說法并不準(zhǔn)確。

假如兩個(gè)互為鏡像的時(shí)空A和B，所有物理定律在任何參考系中都取相同的形式，但兩個(gè)鏡像時(shí)空中的力與作用力標(biāo)量一樣，矢量方向完全相反。也就是說在兩個(gè)完全重合的鏡像時(shí)空中A時(shí)空中的引力，就是B時(shí)空中的慣性力，B時(shí)空的引力就是A時(shí)空中的慣性力。為什么力被定義為相互作用卻找不到慣性力的施力源，慣性力一直被認(rèn)為是虛擬力，因?yàn)閼T性力是鏡像時(shí)空對本時(shí)空施加的相互作用力，施力源和受力源根本就屬于不同時(shí)空。當(dāng)我們?nèi)ヅe起一個(gè)物體當(dāng)手和物體產(chǎn)生一個(gè)接觸面，我們把這個(gè)物體視為一個(gè)只有長寬，沒有高度的平面（高度面重疊），那么這個(gè)被我們舉起的物體就可以看作一個(gè)宇宙弦，那么在A時(shí)空中，向上推的慣性力等同于在B時(shí)空中向上的拉力，也就是引力，因?yàn)槲矬w是一張宇宙弦，在這一面的推力和另一面的引力沒有任何實(shí)質(zhì)性區(qū)別。這也就是愛因斯坦為什么在解釋等效原理的時(shí)候，一直強(qiáng)調(diào)在宇宙時(shí)空中的任意一點(diǎn)存在著一個(gè)局部慣性系，而不是某一個(gè)局域。因?yàn)樵谀骋稽c(diǎn)兩個(gè)鏡像時(shí)空中的引力與慣性力完全抵消，當(dāng)然存在著一個(gè)局部慣性系。當(dāng)物體在移動(dòng)的時(shí)候，兩個(gè)鏡像時(shí)空中物體的位置在同時(shí)移動(dòng)，那么每一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)的引力和慣性力都是相互抵消，所以無論質(zhì)量大小，物體的下落加速度是恒定的。

引力波

引力波是指時(shí)空彎曲中的漣漪，通過波的形式從輻射源向外傳播，這種波以引力輻射的形式傳輸能量。1916年愛因斯坦基于廣義相對論預(yù)言了引力波的存在。在愛因斯坦的廣義相對論中，引力被認(rèn)為是時(shí)空彎曲的一種效應(yīng)。這種彎曲是因?yàn)橘|(zhì)量的存在而導(dǎo)致。通常而言，在一個(gè)給定的體積內(nèi)，包含的質(zhì)量越大，那么在這個(gè)體積邊界處所導(dǎo)致的時(shí)空曲率越大。人類目前探測到的引力波來源與超行星；黑洞；奇點(diǎn)大爆炸等一系列致密天體相關(guān)。當(dāng)一個(gè)引力波通過一個(gè)觀測者的時(shí)候，因?yàn)閼?yīng)變(strain)效應(yīng)，觀測者就會發(fā)現(xiàn)時(shí)候時(shí)空被扭曲。當(dāng)引力波通過的時(shí)候，物體之間的距離就會發(fā)生有節(jié)奏的增加和減少，這個(gè)頻率對應(yīng)引力波的頻率，這種效應(yīng)的強(qiáng)度與產(chǎn)生引力波源之間距離成反比。繞轉(zhuǎn)的雙中子星系統(tǒng)被預(yù)測，在當(dāng)它們合并的時(shí)候，是一個(gè)非常強(qiáng)的引力波源，由于它們彼此靠近繞轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的巨大加速度。由于通常距離這些源非常遠(yuǎn)，所以在地球上觀測時(shí)的效應(yīng)非常小，形變效應(yīng)小于1.0E-21?？茖W(xué)家們已經(jīng)利用更為靈敏的探測器證實(shí)了引力波的存在。目前最為靈敏的是aLIGO，它的探測精度可以達(dá)到1.0E-22。

引力波之所以稱為波，是因?yàn)樗缘韧诠馑俚乃俣韧ㄟ^能量波的方式進(jìn)行輻射。理論物理學(xué)家們能夠預(yù)言電磁波和引力波，因?yàn)橐Σê碗姶挪ǘ紳M足波動(dòng)方程：

我們都知道光是電磁波，而引力波雖然與光速輻射速度相同，但是輻射方式卻截然不同，光子的輻射方式是偶極輻射，而引力波是四級輻射。所謂光子的偶極輻射我們知道光子是由正負(fù)光微子組成的，因?yàn)檎?fù)電荷抵消所以光子不顯示電荷性，可是光子的輻射方式卻是正負(fù)光微子互為纏繞以垂直于光的傳輸方向順時(shí)針（鏡像逆時(shí)針）旋轉(zhuǎn)輻射的，所以在輻射方式上依然是正負(fù)兩極輻射的方式，也叫偶極輻射。而引力波卻是四極輻射方式，換句話說如果人類可以發(fā)現(xiàn)“引力子”的存在，那么所謂的“引力子”就是包含兩對正負(fù)光微子，也就是包含一對光子。這一對光子互為正反存在于宇宙弦的兩端，這也是為什么正負(fù)粒子湮滅必須產(chǎn)生成對光子的原因。試想一下只是慣性力找不到施力物體而被人類定義為虛擬力嗎，“引力子”人類同樣找不到它的存在，原因就在于“引力子”有一半不屬于我們這個(gè)時(shí)空，我們除非跨過宇宙弦同時(shí)存在于互為鏡像的兩個(gè)時(shí)空中才能窺探其所在。我們再回到引力波輻射方式的問題，所謂的引力波，也就是所謂的時(shí)空漣漪，其實(shí)時(shí)空是由至少一對光子互為正反組成的，它們存在于兩個(gè)互為鏡像的時(shí)空之中，中間間隔著宇宙弦。兩個(gè)互為鏡像的光子是組成時(shí)空的必要且唯一條件，我們對比一下電磁力偶極輻射和引力波四級輻射波形圖就能清晰的得到答案。