用最簡單的方式解說相對論的時空彎曲

不懂相對論，沒看過相對論，是否可以了解愛因斯坦所說的時空彎曲呢？

虛數時空與實數時空

實數時空

時空，簡單說就是時間與空間聯繫性的數理表達。古代雖然也有時空的表達，例如宇宙這個概念，是時間空間的總稱。但是古代通常是把時間與空間分別研究的。

盤古開天闢地的神話傳說很不簡單，因為在這個故事中，古人同時考慮了時間與空間的變化。這是數理性表達的很大進步。

「天日高一丈，地日厚一丈，盤古日長一丈。如此萬八千歲」《藝文類聚》卷一引，並見《繹史》卷一引

這是明顯的將時間與空間連鎖對空間變化的動態描述。它解釋了空間的動態變化。

而奇點大爆炸假說也是基於這樣的實數域數理邏輯產生的，用ct的變化來試圖表達時空的變化。

通常，有些人用時間乘以速度來表達時空，例如解釋ct或者用ct直接解釋時空的時候，這是明顯錯誤的。

ct，這是實數域的距離概念，光速在一定時間運行的距離，並不是物理意義的時空！

虛數時空

愛因斯坦所說的時空，是虛數域的表達－－ict對實數三維尺度的系統性的影響效應。

ict本身也不是時空。把ict理解為時空，這也是通常的另一種理解錯誤。

只有ict與實數的歐氏三維體系聯繫在一起，才總稱為時空。為了區別於實數域的時空一詞，這裡稱愛因斯坦的時空是虛數時空。

虛數時空裡面由於虛數因素的介入，其結果是看不見的，只能通過它的影響效應來間接證實虛數時空起到的影響作用。

現在基於可視化的習慣和表達需求，我們通常將虛數域的虛數時空直接表達為實數域的實數時空。這個表達過程被稱為虛數實數化表達。這對於理解和計算是方便的，但是卻容易造成對虛數擬合性質的錯誤理解。

而愛因斯坦的虛數時空通常也被直接簡化表達為時空兩字，但是這兩個字對於相對論而言並不是實數意義的。

水中的筷子是彎的，還是直的呢？時空中運動物體的路線是彎的，還是直的？

初中物理的光學現象

在水中的筷子實際並沒有彎折，拿出來依然是直的，但是我們會看到筷子在水中彎折了，這是一種光線在不同介質中傳播的性質導致的觀察錯覺。

在時空中，運動物體就如水中的筷子一樣，到達的目的地是彎曲的路線。它與水中的筷子不同在於，它表達的是三維的動態，這個動態路徑是彎曲的，而筷子僅僅是靜態的，所以是彎折的效果。同時，這個時空彎曲現在通過間接驗證的方式，證明是事實存在的，而不是我們觀察的錯覺。

這與汽車在筆者的公路上勻速行駛的結果並不同。在三維的歐氏體系中，沒有第四因素影響（實際是因為第四因素影響較小的忽略），物體的運動遵守牛頓慣性定律。

這是傳統的歐氏幾何方法表達勻速運動的物體運動的結果。

四維時空，被簡稱為時空，與三維的這種表達多了一個第四影響因素－－ict（虛數長度）。勻速運動的物體的運動結果當降維到三維來表達的時候（也就是我們觀測到的現象），就會出現如下的結果：

紅色正方體是我們觀察到的時空現象的結果。這與我們通常在實驗室或者生活中看到的結果結果並不一樣。而這種現象現在通過天文觀測和衛星的運行等現象，已經被證實實際存在。

這與三維歐氏理解的不同點有幾個：

1、由於這種彎曲時空效應通常情況下較小，例如在地面上的運動，甚至飛機的運動，這種影響結果並不容易觀測到，因此用三維的歐氏方法可以解釋。相當於忽略了這個微小的時空彎曲效應的影響。

2、當物體的質量很大，例如太陽這個質量；或者物體運動的速度很高，例如衛星或者星際星體，100公裡/秒。這種情況，這個微小的影響結果就不小了。我們會觀測到這種效應產生的影響結果。這與傳統的基於三維因素思考的數理結果就明顯不同了。

3、時空彎曲描述的速度是角速度意義的，而三維體系中描述的速度是線速度意義的。

相對論能夠造成理論上的轟動效應的原因之一在於，愛因斯坦不僅僅校正了牛頓引力方法的部分誤差，同時在沒有這方面觀測結果的情況下，通過四維時空的理論方式預測了一些四維時空現象的存在：光線在大引力場條件下彎曲；引力透鏡；引力波效應等等。

時空（四維時空、彎曲時空、虛數時空）簡化的二維降維理解

四維的降維，首先把實數的三維降維成一維表達。例如正方體的對角線L是一維的，L就是三維正方體的一維降維表達。

在歐氏幾何中，兩個影響因素的結果是產生平面，這個平面如果降維到一維表達如圖：

這就是我們通常說的平直的結果。

現在同樣是基於L這個因素，再增加一個ict這個影響因素，這就構成了虛數坐標軸：

這個降維的二維結果，與歐氏的平直的區別就在於彎曲。另外，強調這是虛數的二維坐標軸。

如果簡單實數化比擬，你可以考慮狙擊手射出去的子彈，即便忽略地球引力的情況下，也需要考慮側向風速的影響。ict造成的虛數影響結果就如那看不見的風。

數學而言，歐氏三維再增加一個影響因素只有四維時空嗎？

並不只有四維時空，我們增加的這一個影響因素是實數的，還是虛數的，結果會不同！

基於三維的歐氏體系再增加一個虛數影響因素，這種數學體系，被表達為四維時空。就會產生上圖的二維、三維的降維表達結果。

四維時空體系相當於將三維歐氏族體系的實際運動結果表達出來。這也是通常所說的三維的運動結果就是四維時空的意思，這種表達不能省略時空兩個關鍵字。

因為基於歐氏三維，如果再增加一個實數影響因素呢，這是另外一種非歐幾何體系－－四維超體。這是理論數學，至今未證實任何應用數學的意義。而且與四維時空是完全不同的非歐幾何體系。

四維超體中的四維正方超體，在三維中不會產生靜態投影，是動態的表達結果。

物理使用的是四維時空的數學擬合方法，而不是四維超體的數學擬合方法。如果採用四維超體來解釋一個星系的動態位置結果，那麼就是這個星系無處不在。這種描述肯定不是物理！與事實觀測不符！

物理雖然是使用數理方法，但是不是什麼數理物理都可以用。物理需要這個數理得到實證，才可以稱為物理。

理論物理假說，雖然也有物理這兩個字，但是如果不能證實或者證偽，則僅僅是數理，而不是物理；就像數學也分應用數學與理論數學。而四維超體至今是理論數學模型，而非應用數學範疇。再如四元數、八元數，這也是理論數學，並未找到數學擬合應用意義。

至於有些人將四維超體表達為上圖這樣，這是數學錯誤的。因為四維正方超體在三維降維後，不可能靜態表達。

在上世紀初四維兩種數學體系還未產生之前，古人在理解四個影響因素的系統的時候，其中錯誤之一就是這種靜態的理解。而現在依然有人用這種內容數學科普，其數學落後不僅僅是百年。

那麼運動物體彎曲的運行路線就是我們描述的虛數時空嗎？還不是。虛數與實數的擬合表達並不同

儘管我們通常在歐氏三維（非歐二維，因為在非歐幾何中特定曲線是一維）中會用一張有質量球壓著的彈性網來比喻這個時空彎曲效應，但是這張網我們是看不見的。因為它是虛數坐標軸產生的效果，它僅僅是一種影響效應。就像有一種看不見的「力」在一直起作用，這種看不見的「力」的作用的結果被稱為時空彎曲。而那個看不見的「力」就是引力。這樣才有愛因斯坦認為引力實際是時空彎曲效應的表象這種表達。

雖然這個虛數的網與實數意義的運動軌跡是重疊的，但是，一個是實數意義的可見的結果，一個是虛擬的影響效果。這是虛數最難理解的地方之一。

在愛因斯坦的這種描述中，引力這個物理量無需再存在，用時空彎曲數量上更精確地代替了。

通常我們會將引力和時空彎曲放在一起使用，以為是一件事情，但是，對於數學擬合來講，這是兩件事情。

引力是實數域的表達，而時空彎曲是虛數域的表達。通過可視化的數學轉變，我們效果圖上看見了時空彎曲的效果，但這是虛數實數化的表達結果，並不是其本身虛數的狀態。

我們可以在數量上，認為引力與時空彎曲是接近等效表達的，並且時空彎曲方法因為增加了一個影響維度而更精確一些，能解釋更多的大質量體高速運動的物理性質。但是，時空彎曲這個虛數現象本身我們無法直觀證實，只能通過驗證時空彎曲造成的效果，例如這種效應讓光線轉彎、讓星體公轉等間接證實方法來驗證這種影響效果的存在。這才是時空彎曲最難理解的地方。

這種時空彎曲效應存在，但是我們不能直接驗證時空彎曲，只能間接驗證時空彎曲造成的影響結果。因為時空彎曲是虛數域性質的。

引力不是力，看不見，是實數表達；時空彎曲也看不見，是虛數表達。但是這兩種概念產生的結果（或稱效應），現在物理均已證實。

引力（時空彎曲效應）的物理性質及物理本質

那麼，是引力導致了不能直觀看見的時空彎曲，還是愛因斯坦所說的不能直觀看見的時空彎曲導致了引力的現象呢？現在通常認為後者正確。

當然，這並未完全解決引力的本質問題，也就是時空彎曲是由於什麼造成的呢？這個引力本質問題實際也就是ict的本質是什麼的問題？

如果說：時空彎曲是由於引力造成的，這是循環邏輯，肯定不行；

時空彎曲就是相對質量體相對運動現象的潛在影響因素造成的結果。這個潛在影響因素是什麼？而且，相對質量又是哪來的？相對運動的原動力是什麼？這才是引力的本質性質的最終問題。愛因斯坦並未能夠給出最後答案。現代物理也並未給出最終答案，因為引力子並未被發現。

物理依然在努力尋找這個答案。