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：为什么光子没有静质量
• 番外2：光子与静频率

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——无法同时精确地获得粒子的位置和动量。 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，而玻色子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。 玻色子——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；玻色子系统——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；而由玻色子构成的物质，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，使其变得不同。 那么，如果费米子与玻色子，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。而通常有质量，理论上就会衰变，衰变就会改变量子态计数，产生时间。

• 例如，光子是玻色子，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，并且光子没有质量，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（质量消失），或高能光子碰撞产生正反粒子（质量产生），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，而玻色子则传递了——相互作用，那么除了光子，另外还有三种玻色子：

• 胶子——没有质量，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玻色子——有质量，无法抵达光速，通过相互作用减少费米子的质量，相当于消耗时间。
• 希格斯粒子——有质量，无法抵达光速，由希格斯场产生（场是粒子的集合，粒子是场的振动），而希格斯场还负责赋予其它粒子质量，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，也没有任何有质量的物体，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”（没有静质量），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。 虚质量——质量平方为负时的质量。

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（质量平方为负，即拥有虚质量，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，会让时间也一起变得非连续，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。

大爆炸过后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，宇宙随时间膨胀、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，质量（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（玻色子）。
• 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：

• 质量——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，蕴含着势能。
• 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，蕴含着动能。
• 熵增——是从质量到能量，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——而质量、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，即存在有序结构的质量，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，宏观上是质量减少的变化，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。而光子没有质量，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：相对时间膨胀。
• 广义相对论指出——越靠近引力场，时间就越慢，即：绝对时间膨胀。

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——是因为没有质量，从而没有了物质变化。
• 黑洞的时间静止——是因为质量极大，引力将物质极端紧密的挤压在一起，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，质量约为3个太阳质量（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，我们银河系中心的质量约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。

有关黑洞和大爆炸的数据，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，同类型粒子的集合，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，会持续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，其无质量、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，在宇宙大爆炸的奇点，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，质量会让时空弯曲，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。并且光没有质量，这意味着光本身不会弯曲（影响）时空，但仍然会受到（其它质量）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质量，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、质量与能量，三者地联动变化，即： 质量弯曲时空，时空指引运动，运动产生能量，能量改变质量。 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，还隐含着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，但合速度始终保持是光速；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，物质内部减少的质量转变成了光子，于是质量的空间速度——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），所以质量的时间速度——必然就是从光速跳变成了光子（时间速度）的0。 由此可见，质量转变成光子的过程——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“质量到光子”即“质量到能量”的转化。而光子没有质量，只有能量，且时间静止，这说明了——质量拥有时间，能量没有时间，质量到能量的转化，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——就是能量与质量、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：为什么光子没有静质量 静质量（Rest Mass）——也可以译作剩余质量，又称不变质量（Invariant Mass），它通常是指物体静止时，所拥有的质量，属于物体内在的属性，不随参考系变化，在性质上与惯性质量一致。 首先，从理论上来说，光子没有静质量是一个假设，并且很多其它物理理论依赖于它。 例如，如果光子具有静质量，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，在规范变换下保持不变的性质，即：变换后所有物理量和物理规律保持不变。而规范不变性要求规范玻色子（如光子、胶子）的静质量为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 Transformation）——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质量也行，只不过受其影响的理论都要做出相应的修订。而这些理论，目前在光子没有静质量的假设之上工作的很好，也得到了大量实验的验证。 那么，为什么最开始会假设光子没有静质量呢？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质量（Rest Mass），就是一种比较自然的选择。 而静质量，又称为不变质量（Invariant Mass），是因为运动是相对的，那么运动对应的动质量就是随参考系变化的，于是不随参考系变化的，自然就是不变质量了。 所以，相对论质量 = 变动质量（依赖参考系） 不变质量（不依赖参考系），即：动质量 静质量。 第二，狭义相对论的质能方程指出，E = mc^2（m是相对论质量）或等价于 E^2 = p^2c^2 m^2c^4（p是相对论质量的动量，m是静质量）。也就是说，总能量 = 势能 动能，其中势能来源静质量（宏观是内能，微观是场能），动能来源动质量。 显然，如果微观光子静质量为0，那么上述方程得到：E = pc，而在经典电动力学中，宏观光的能量和动量刚好满足：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，光子的静质量为0。 实验原理是，如果光子有静质量，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质量的上限。 目前的实验结果是，光子的静质量上限在10^-51kg到10^-62kg之间，要知道已知最轻的有静质量粒子——中微子，其质量是10^-36kg，光子比中微子要轻几十个数量级。 那么可以想象，光子的静质量如果存在，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质量。 另外，实验给出的是光子静质量的上限（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，光子静质量的下限就是不确定的，可能等于0。 最后，综上可见，虽然光子没有静质量是一个假设，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：光子与静频率 首先，质能方程（E = mc^2）给出了静质量（m）对应的静能量（E），光子是没有这个静能量的，因为光子没有静质量，只有动质量。 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）不是静质量，v是光子的频率。 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，频率v会变成什么呢？ 试想，原公式中，频率v是运动，其带来了能量，而静能量对应的是静质量，静质量代表的是“不运动”，因此我们可以把静能量对应的频率v，称之为——“静频率”，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，这就是静质量的微观来源，于是静频率带来对应静质量的静能量，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，而静频率和静质量，就是成正比的，即：静质量越大，其静止的周期越多，静质量越小，其静止的周期越少。 而这个静频率，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膨胀，即：静质量越大（静频率越高），引力场越强，时间越慢。 最后，我们可以看到，光子没有静质量，也就没有静能量，所以新等式无法存在，即没有静频率，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，当静质量全部转化为光子，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，做好了准备。