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用时间球解开宇宙边界之谜
宇宙的边界问题是一个古老的话题，要在经典力学和三维空间思维的前提下解释宇宙的边界问题是困难的，我们的观念必须有一个大的飞跃。爱因斯坦的相对论使人类的认识向前迈进了一大步，把人们对“时间”的认识引上正确的轨道。应该说我们对时间的认识很有限，才仅仅是个开始，揭示宇宙问题终究要归结在对时间的认识上。
霍金给出了时间箭头，认为时间从过去流向将来，他甚至认为，若有可能时间可以从将来流向过去。这正是关键所在。本文不认为时间是按照过去和将来一条路线流动的，本文认为时间是按照球面向外扩展的，从球心向外扩展。宇宙开始于时间开始的那一刻，球心是宇宙形成的时刻，球面是宇宙的现在时刻。从现在时刻（球面）看，球心方向是过去，背离球心方向是将来。该观点继承了霍金和彭罗斯所证明的“时间有一个开始，宇宙有一个开端”的思想，但该观点不认为宇宙从产生的那刻起，像一列火车一样沿着时间轨道一直向前运行，而是认为宇宙从产生那刻起，在时间的作用下，和时间一起沿球面扩张。该观点认为：空间是时空的时间积累，或者说：我们看到的空间就是时间。
一、我们如何认识“点”
解释宇宙的边界问题，我们必须对宇宙的形成过程作出解释。宇宙是一个时空概念，三维是我们对空间的认识，而宇宙包含时间维，时间维隐含在空间之中。我们对空间的观察，往往忽略了时间维的影响，因而造成了很多错觉。在宇宙形成过程中，时间起了关键作用，时间是形成宇宙的真正动力。我们认识宇宙不只是要研究星系、星球等实体形成灭亡过程，而更要揭示宇宙空间的形成过程，也就是要揭示星系实体活动舞台的形成过程。宇宙是由不同的时空点构成的，认识宇宙形成过程就必须对时空点的性质有一个正确认识，也就是要揭示时空点的形成过程。以往我们对“点”的认识从来没考虑过“时间”因素，认为两点存在差别是因为它们之间存在距离，距离成了区别两点的根本特征。本文认为，站在时空角度，所有的时空点从纯点角度考虑（也就是去除点的时间性质），其实是一个点，不断流逝的时间赋予同一点不同的时间性质，就形成了不同的时空点，所有时空点的总和就构成了宇宙空间今天的样子。从时空观角度讲，点与点之间的差别不是我们所理解的距离，而是点的时间性质不同。这样看，距离就变成了一个时间尺度。若都以光速c作参照，距离为L的两点，也可以看成两点间的时间差t为L/c秒。（见下图）
t = L/c t：两点间的时间差 L：两点间的距离 c：光速
二、“时间球”的概念
宇宙是从一点（这点称之为“奇点” ）开始的，从宇宙开始的那一刻，时间从奇点位置沿球面向将来扩展，该球面上不同位置代表不同的时间，纯点和球面上不同时间结合在一起形成不同的时空点，所有的时空点构成了“现在宇宙”，它代表的是现在时刻的所有存在。“现在宇宙”是一个球面，是现在时刻的现实存在。球面以内部分发生在现在时刻以前，是宇宙的过去，称之为“过去宇宙”，过去宇宙是已发生过的事件，仅以影像存在。“现在宇宙”和“过去宇宙”一起就构成了“时间球”。（见下图）
三、我们只能看到过去，走向将来
“现在宇宙”总是处在时间球的表面，时间球的内部是宇宙的过去。宇宙事件总是发生在当前时刻，也就是总发生在时间球面上。由于光具有速度，一切影像传入我们的眼睛总需要时间，我们看到的总是已经发生的，所以我们只能看到宇宙的过去，而不能看到宇宙的现在和将来。也就是说我们只能看到时间球内部（只是内部的一部分，而不是全部），而不能看到“时间球”球面和球面以外。我们所看到的是过去时间各个时刻不同时间球面传来影像的组合。站在“时间球”角度看，自己总处于现在时刻，一直处在时间球面上。由于时间不断流逝，时间球面不断向将来扩展，所以我们只能走向将来，而不能回到过去，也就是我们不能进入到时间球内部去。但在我们感觉的三维空间中，就自己而言，只有自己所处的点是现在时刻，一切影像都是宇宙的过去，自己被过去事件的影像所包围。自己由现在向将来走去，而自己的过去在沿球面以光速远离自己而去。 四、宇宙空间没有中心
“时间球”球面上，时间赋予每一时空点同样的权利。点与点之间虽然时间性质不同，但它们的时间性质是彼此相对的，没有哪一点比其它点更特殊。站在时间球面上任一点，其它点总包围在你的周围，就是说每一点都可以把自己当作宇宙的中心。无论你站在宇宙中哪一个位置，你对宇宙的感觉都是相同的。所以说宇宙没有真正的中心，宇宙总体是平坦的。（见下图）
五、时间是宇宙膨胀的动力
时空点大致均匀地分布在时间球面上，时间球面的扩展导致“现在宇宙”像气球一样膨胀，时间是宇宙膨胀的动力。“时间球”球面上没有哪一点比其它点更特殊，各点间的膨胀速度是均匀的。时间的流逝使宇宙一直处于膨胀之中，对时间球面上任一点而言，其四周的时空点都在远离它而去。以我们所处的位置为例，我们四周的时空点都在远离我们而去，近处的时空点远离我们的速度慢，越远处的时空点远离我们的速度越快。根据上述的均匀膨胀观点，我们很容易得出时空点远离我们的速度和它到我们的距离成正比，过去的“时间球”比现在小，宇宙空间是时间的积累。（见下图）
六、我们的宇宙为什么是弯曲的
宇宙中任何事件都必须发生在当前时刻，所以宇宙中的任何运动都是时间球面上的运动。我们向宇宙深处作直线运动，其实是在时间球面上做大圆运动。假设我们有足够快的速度和足够的时间，我们会绕过时间球（宇宙的过去）回到出发点。只是假设而已，我们最快的速度才只是光速，任何运动永远不会绕过时间球一周。我们在作大圆运动的同时，“现在宇宙”也在随时间不断地膨胀，我们所作大圆运动的半径在不断变大，所以我们走过的路程不是一个圆，而是一条渐开线。在三维空间中，我们把光线运动看成直线运动，但在在时间球面上，光线也是以渐开线的轨迹向我们飞来或以以渐开线的轨迹远离我们而去。我们观察宇宙，看到的是过去宇宙的光线，所以我们看到的宇宙是以渐开线的形式弯曲的，离我们越远弯曲曲率越大，以至于我们看到的四周离我们最远的点会弯曲到一点（奇点）。（见下图）
七、我们看到的宇宙空间是一个“桃形”时空面
我们看到的三位空间，并不是“时间球”球面以内的全部，我们所看到的是过去宇宙事件的影像经过历史时间的飞行到达我们眼中的综合图像，或者说是过去时间各个时刻不同时间球面传过来的影像组合。影像是以光线传递的，从我们四周飞来的光线都是以渐开线的轨迹向我们飞来的，我们自己站在渐开线的末端，渐开线上每一点代表过去不同时刻发生的事件。由于光线沿着渐开线轨迹飞来，所以我们看到的三位空间其实是“时间球”内由所有渐开线组成的渐开线面，它像一个桃子，是一个“桃形”面，观察者总是站在“桃形”面的尖端。（见下图）
“现在宇宙”和我们看到的宇宙是两个概念。“现在宇宙”代表的是现在时刻宇宙中所发生的一切，是时间球的球面。由于光线传递需要时间和宇宙在不断膨胀，严格讲，我们根本看不到宇宙现在的样子，我们看到的宇宙只是宇宙过去时间的样子，是影子，是时间球内的一个桃形面。自己总站在桃形面的尖端，奇点在桃形面的内核部，看到的越远的点离奇点越近，奇点在理论上讲是我们看到的四周距我们最远的点，它的影子在时间球面上以光速紧跟在我们后面，它的光芒只差一点到不了我们的眼前，因为我们也在以光速远离奇点，所以我们的观测手段无论多么强大，也看不到奇点时刻的影子。虽然我们看到的是过去的影子，但是我们触摸到的都是现实，是“现在宇宙”。严格意义上讲，我们看到物体的位置和我们触摸到物体的位置是不同的。由于光速很快，在短程距离这个差异可以忽略，如果这个距离达到宇宙尺度，这个差异就不能忽略了。举例来讲：假设我们有足够长的手臂，我们出手的速度足够快，我们可以根据我们的观察触摸到火星，但我们未必能够根据观察触摸到40亿年前的星球，因为这个星球已随宇宙膨胀运动40亿年了。换句话说，我们可以用手触摸到这个星球，我们看到的却是它40亿年前的位置，它现在的位置在我们的视野之外。 八、“时间球”对现象的推断
推断一：由于光有速度，光传入我们的眼睛需要时间，所以我们看到的影象都是过去宇宙的样子。我们平常所说的距离是一个时间尺度，距离越远的影像代表那时的宇宙距现在宇宙的时间尺度越大。由于时间流逝造成宇宙在膨胀，所以过去的“时间球”体积比现在小，因此星系密度比现在大，所以我们在观察中会发现距离我们越远，观察到的星系密度越大。
推断二：由于现在宇宙是一个弯曲的球面，星系的光线会一方面沿球面向我们面前飞来，另一方面星系的光线会绕过时间球飞向我们背后，所以我们看到的天空中星系的影像应该是成对出现的。我们在正前面发现的星系，回过头来在我们正后面的天空中去找，我们还会发现它，除非它的光线还未到达。只不过两个影像代表的宇宙时期不同，一个可能是50亿年前的宇宙影像，而另一个可能是150亿年前的宇宙影像，我们很难辨认他们罢了。两个年代加在一起正好是宇宙存在的时间。（见下图）
推断三：时空点均匀地分布在时间球面上，所以我们的宇宙总体上是平坦的，我们不会发现宇宙在哪一个方向上更致密，或发现宇宙背景辐射从哪个方向飞来。要说致密，应该说宇宙的过去比现在致密，背景辐射是从过去飞来（从我们的四周飞来），在这一刻的时间球面上，宇宙是均匀的，背景辐射是均匀的。
推断四：从宇宙形成那一刻起，每一时空点都有随时间向外扩张的性质，就像人体的细胞分裂，一分二，二分四，每一个细胞都相同。在最初的一分二时，时间方向相反，所以形成的时空点就一正一反。无论是正是反，形成的时空点没什么两样，只是时间性质不同。这个过程发生在时间球面上，存在于现在宇宙中。宇宙是由相同数量的正时空点和反时空点组成的，如果没有时间流逝支撑着宇宙，宇宙就会回缩，正反时空点抵消，宇宙就会变为零。宇宙本身就是一个从无到有的过程，或者说是一个时间流逝（积累）的过程。我们看到的一切物体都可以认为是一个独立的时空体，物体上不同的点具有不同的时间性质，这给了我们距离感。
八、宇宙的边界
人们致力于寻找宇宙的边界，这要求人们的认识观必须有一个大的飞跃，从一个崭新的角度认识宇宙边界问题。“时间球”使我们认识到宇宙是有限无界的。如果我们知道宇宙存在的年限和宇宙膨胀的速度，我们可以计算宇宙的体积，这个体积是时间球体积，时间球体积不同于我们看到的三维空间体积。关于宇宙的边界，因为距离是一个时间尺度，所以我们探索宇宙边界是在探索遥远的过去，我们向宇宙深处的运动，是在“ 时间球”球面上转圈圈，不会找到边界。但从四维时空角度讲，宇宙边界是时间球表面，也就是现在宇宙。换句话说，我们就处在宇宙的边界上，我们的一边是过去，另一边是将来，我们只能看到过去。虽然我们可以计算宇宙的体积，但没有“既然有体积，为什么没边界？”这样的问题，也没有“宇宙外面到底是什么？”这样的问题，宇宙就是全部，一切事件必须发生在宇宙之中，也就是一切事件必需发生在时间流逝中。
关于空间的体积，我们看到的附近的有限空间，如果忽略时间因素和时间造成的空间弯曲，将一段时间看成一个时刻，该有限空间的体积是可以计算的。如果空间大到宇宙尺度，就不能忽略时间因素，不能忽略空间的弯曲，就不能将过去的时间段看成一个时刻，此时空间体积的计算是没有意义的。因为我们认识的体积是脱离时间存在的，考虑时间因素，空间就变成了面。这个空间面在时间球内弯曲环绕。
十、“时间球”球面上时间的相对性
在文章第一节“我们如何认识‘点’”中已经指出：从时空观角度讲，点与点之间的差别不是我们所理解的距离，是点的时间性质不同，距离是一个时间尺度。以光速作参照，可以理解为点与点之间相差多少秒。时间球面上时空点代表的时间性质是相对的，如果把一点作为现在，则其它点就都是它的过去。时间球面上的时空点拥有同样的权利，都可以把自己作为现在，把其它点作为过去，只是距离自己越远，相对自己过去的时间尺度越大。
根据上述观点，时间球面是经过宇宙存在的时间形成的，所以时间球面的大圆周长代表着宇宙存在的时间尺度。我们称时间球面上A点当前的位置为“A前”，记作A，从A点一直向前绕过时间球面，又到达A点的位置，我们称为“A后”，记作A＇，设宇宙存在的时间为T年，则A＇比A过去T年，也就是说A＇点代表了宇宙开始的时刻。（见下图）
十一、时间流逝的相对性
如上图所示，时间球面上A点和B点，两点时间差为t，把A点作为现在，则B点比A点过去t年。站在A点观察，在A点处用时钟测量宇宙存在的年限为T年，则在B点处用时钟测量宇宙存在的年限为T-t年。但宇宙存在的年限是唯一的，这说明：“在A点处用时钟测量宇宙存在的年限为T年”和“在B点处用时钟测量宇宙存在的年限为T-t年”相当。也就是：站在A点观察，A点时间流逝速度和B点时间流逝速度不同，A点时间流逝速度快，B点时间流逝速度慢。
设A点的时间流逝速度为ρ1=T/T=1 （1）
则B点的时间流逝速度为ρ2=（T-t）/T=1-t/T （2）
球面上各点的时间流逝速度是相对的，跟观察者的位置有关，距观察者越远时间流逝速度越慢，在“A后”点时间流逝速度为零。（见下图）
在时间球面上，两个不同的时空点时间流逝之所以有相对性，是因为时间球在膨胀，各点在彼此远离，两点间的距离在不断增大，也就是两点间的时间尺度在不断变大。从一点看另一点，你会发现另一点与该点位置的时间差在不断增加，所以从一点上看另一点，时间流逝必然不同。
对于每一个时空点，站在该点上观察，该点代表的是现在，绕过时间球到该点的后点，此时该点就变成了时间的开端（或说是宇宙的开始时间）。
两个相对运动的参照系，相对时间流逝为什么会不同呢，原因就在于两个参照系存在相对运动，运动不断改变两个参照系的距离，距离是一个时间尺度，所以运动是在不断改变两个参照系间的时间尺度，两个参照系间的时间差（时间差只有正没有负）不断增大，所以从一个参照系看另一个参照系，时间流逝必然不同。只有相对静止的两个参照系时间流逝相对才是相同的。相对运动的参照系，时间流逝只是相对不同，每个参照系都可以将自己视为静止状态，其上的人们感觉不会有什么不同，只是从一个参照系看另一个参照系，另一个参照系一切节奏都变快了。
十二、后点以宇宙最快的速度远离前点的论证
我们必须认可这样一个事实：时间不能倒流。后点以宇宙最快的速度远离前点的论证就是基于这一事实。如下图所示，时间球的膨胀，导致A后远离A前，假设此时A前忽然以速度ν向前运动，速度ν使A前和A后的时间差增速变慢。如果速度ν变得更大，A前和A后的时间差增速会变得更慢，以至于会变为零。但这个增速决不会变为负值，因为一旦变为负值，就意味着A前和A后的时间差会变小，也就是说物体出现了时间倒流，走向过去时间球面，这与时间不可倒流相悖。我们知道宇宙的极限速度是光速，所以A后必须以光速远离A前，这样才能当A前以光速运动时，A前和A后的时间差才不会变小，才不会出现时间倒流现象。所以说，后点是以极限速度光速远离前点的，即“时间球”大圆周长是以光速扩张的。
十三、时间流逝的速度表示
造成时间流逝相对性的根本原因是存在相对运动。我们必须认可这样一个前提：相对静止的两点时间流逝是相同的。假设两个相对运动的参照系，相对运动速度为ν，我们可以认为A参照系为静止，则B参照系必然会在时间球面上找到一点C，C点远离A的速度也是ν，与B参照系保持相对静止。这样A、B参照系时间相对流逝问题就变成了A、C时间相对流逝问题。可见，根据速度不同，B点时间流逝与时间球面的点存在着对应关系。设A点时间流逝速度为1，则当ν=0时，B与A对应，时间流逝也为1；当ν=c时，B与A＇对应，时间流逝为0。B点的时间流逝速度推导如下：
根据上述（2）式：ρ=1-t/T
又：t=νT/c
所以：ρ=1-ν/c （3） 十四、速度叠加原理
设A、B、C三点在同一直线上运动，B相对A速度为ν1，C相对B速度为ν2，求C相对A速度为ν3。
解：根据上述公式（3）：
B点相对A点的时间流逝ρ1=1-ν1/c
C点相对B点的时间流逝ρ2=1-ν2/c
C点相对A点的时间流逝ρ3=1-ν3/c
由题意可知：ρ3=ρ1×ρ2
所以：1-ν3/c=（1-ν1/c）（1-ν2/c）
可以推出：ν3=ν1+ν2-ν1ν2/c （4）
公式（4）就是速度叠加原理。 十五、光速为何不变
根据速度叠加原理，列表如下：
速 度 叠 加 表
ν3=ν1+ν2-ν1ν2/c
序号 ν1 ν2 ν3
1 0.1c 0.1c 0.19c
2 0.2c 0.2c 0.36c
3 0.3c 0.3c 0.51c
4 0.4c 0.4c 0.64c
5 0.5c 0.5c 0.75c
6 0.6c 0.6c 0.84c
7 0.7c 0.7c 0.91c
8 0.8c 0.8c 0.96c
9 0.9c 0.9c 0.99c
10 c c c
11 c -c c
备注 c为光速。
根据上述列表，我们可以看出，光速是宇宙的极限速度，是不可叠加的，这是“时间球”的特性，是宇宙的特征。光速不变是被许多观测证实的事实，是“狭义相对论”的基础。而“时间球”理论推导出了光速不变的事实，揭示了光速不变的根本原因。这也是“时间球”理论的有利证据。
从深层意义上讲，光速是相对奇点静止的速度，即相对奇点时间流逝为零的速度，由于我们以光速远离奇点，所以我们感到光以光速远离我们。从时间球角度讲，光是静止的，我们是以光速运动的。光是飞向我们的过去，而不是飞向我们的未来。
十六、“相对论”和“洛伦茨变换”的局限性
“相对论”是二十世纪的伟大发现，它改变了人们的认识观。狭义相对论的建立是基于两个基本假设：“在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的”和“光速不变原理”。洛伦茨变换是狭义相对论的数学基础，可以说没有洛伦茨变换就没有狭义相对论。狭义相对论认识到时间流逝的相对性，但它没能揭示时间流逝相对性和光速不变的根本原因。虽然狭义相对论基于光速不变也推导出了速度叠加原理和时间流逝率等一系列公式，但无论洛伦茨变换还是狭义相对论，在推导中都采用了平面几何，都采用了“勾股定理”，没有考虑宇宙尺度上的时间因素的影响。在宇宙尺度，时空是一个曲面，“勾股定理”是不成立的，所以狭义相对论和洛伦茨变换推导的结果并不准确。洛伦茨变换在推导中将时间看成了一条自过去流向将来的轴，与“时间球”理论指出的时间沿球面扩展完全不同。
十七、时间球面上运动的概念：
惯性：保持时间差变化率的性质
距离：时间差
运动：改变时间差
静止：保持时间差不变
速度：时间差变化快慢的尺度
直线运动：球面上大圆运动
曲线运动：球面上非大圆运动
引力：时间回缩的性质
斥力：时间扩展的性质 作者简介：
郭丙善，男，汉族，中国河北省石家庄人。联系电话：15032050368
Email：gbs3218@163.com 注：需看原稿件者与我联系。
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