空间的本质是什么？

网友解答: 我们往往所说的空间是指宇宙空间，而且是除了物质以外的宇宙空间，祛除物质以后，你会发现宇宙变得非常干净，非常宁静，非常平和，也非常均匀。那它到底是什么？那就是宇宙背景能量，它经

我们往往所说的空间是指宇宙空间，而且是除了物质以外的宇宙空间，祛除物质以后，你会发现宇宙变得非常干净，非常宁静，非常平和，也非常均匀。那它到底是什么？那就是宇宙背景能量，它经过138亿年的高速膨胀，能量非常“稀薄”(目前宇宙背景温度只有不到3k),也非常均匀，只有它到达的地方才能称为空间。

宇宙空间没有你想的那么复杂，它就是以正弦波运动的弦（纯能量），除此以外的都是粒子、物质。宇宙背景能量是开弦能量，粒子和物质都是闭弦能量。

这个问题是极其复杂的，一直就是物理大家的心病。空间的本质，可以说，是物理科学的一个终极问题。来此作答，看来是要脑洞大开。▲没有伸缩性的充满真空的绝对空间图景

至少有三个无法回避的问题：①相对论定义的空间，可行么？可靠么？②数学定义的空间，对题么？可靠么么？③哲学定义的空间，对题么？足够么？

科学直觉者一定知道：空间涉及太多范畴，诸如：真空、大气层、地球辐射带、深太空、暗物质、暗能量、背景辐射、电磁波、引力波、真空技术、空间技术、宇宙空间、数学空间。

科学直觉者一定想到：从自然科学体系建设的总体战略视角来看，创建“空间物理学”，对于科学建设的修缮补正与拨乱反正，尤其关键与迫在眉睫。

空间范畴的探索，迄今依然空空如也，实在是触及了不可泄露的天机。我的思路：不妨梳理一下既有成果，批判性继承，提出个人拙见，旨在抛砖引玉，一同构建我们的空间物理学。

一，空间的若干定义与我的简评

1）辞海定义：空间是物质运动的存在形式，空间是物质存在的广度。就宇宙而言，空间是无边无际的，时间是无始无终的。就具体而言，空间与时间都是有限的。简评：此定义有粗糙，但大方向还是可以的。

2）网上定义一则：空间是事物的组成部分与运动的表现形式，是人们从具体事物中分解和抽象出来的认识对象，是绝对抽象事物和相对抽象事物、元本体和元实体组成的对立统一体。简评：此定义云山雾罩，没什么干货。

3）物理前沿解释一则：参考系与空间是静止的，无论参考系如何运动，都不会改变参考系与空间的静止状态，或说参考系与空间是一起运动。简评：此解释云里雾里，没什么建树，也不是定义。

4）经典物理学解释：空间是宇宙中物质实体之外的部分。简评：既不是标准定义，也不合物理逻辑，因为实体内部也有空间。

5）相对论物理的解释：宇宙物质实体运动所发生的部分称为空间。简评：一个不伦不类的定义。

6）航天术语：外层空间简称空间、外空或太空。简评：不能作为空间的定义。

7）数学术语：空间是指一种具有特殊性质及一些额外结构的集合。简评：纯概念游戏。

8）互联网上：指盛放文件或者日志的地方。随着网络的发展，人们把存放已制作好的网站的地方叫做“空间”。一般以计算机存储的大小来衡量它，例如KB、M、G、T等单位。简评：把空间作为一种处所，不是定义。

9）文学上：空间代表目标事物的概念范围，例如：请给我一点活动空间；植物生长会占用更多空间；别局限了你的思维空间。简评：人文类的就别掺合了。

10）现代汉语词典解释：空间是物质存在的一种客观形式，由长度、宽度、高度表现出来。例如数学上的原点与X、Y、Z三轴之间共同构成的关系。简评：数学空间，抽象空洞。

11）数学空间：空间是指一种具有特殊性质及一些额外结构的集合，但不存在单称为“空间”的数学对象。在初等数学或中学数学中，空间通常指三维空间。数学中常见的空间类型：仿射空间，拓扑空间，一致空间，豪斯道夫空间，巴拿赫空间，闵可夫斯基空间、黎曼空间、向量空间/线性空间，希尔伯特空间/无限维欧氏空间，内积空间/准希尔伯特空间，三维向量空间（较灵活），度量空间，欧几里得空间，射影空间，函数空间，样本空间，概率空间。简评：数学空间只是一种表述方法，不涉及空间的概念。

12）宇宙物理学的解释：宇宙空间是相对于地球大气层之外的虚空区域，外太空区别于领空。太空和大气层没有明确边界。国际航空联合会定义海拔100公里卡门线为大气层和太空的界线。美国认定到达海拔80公里的为太空人，太空船重返地120公里是空气阻力边界。简评：没有给出空间的物理定义。

二，空间的相关范畴与我的简评。

1）理论物理的真空：真空是不存在实物粒子的、场能量处于最低状态的空间。简评：把真空作为特殊的场物质，大方向是正确的。但没有揭示深层次的本质特征。

2）工程物理的真空：真空是压强远远小于大气压的气态空间。简评：把真空看成一种特殊的气态物质，与唯物辩证法异曲同工，最符合物理逻辑的直觉。

3）暗物质的解释：暗物质在宇宙学中又称为暗质，是指无法通过电磁波的观测进行研究，也就是不与电磁力产生作用的物质。人们目前只能通过重力产生的效应得知，而且已经发现宇宙中有大量暗物质的存在。暗物质的存在可以解决大爆炸理论中的不自洽性，对结构形成也非常地关键。简评：根本不提“暗物质与空间有关”，只不过是为宇宙大爆炸谬论找理由。

4）暗能量的解释：暗能量是驱动宇宙运动的一种 能量。它和暗物质都不会吸收、反射或者辐射光，所以人类无法直接使用现有的技术进行观测。这项研究是基于宇宙时空的基本性质。在宇宙层面上来看还能揭示它的命运。如果暗能量真的持续吞噬暗物质的话，那我们的宇宙最后就会成为一个近乎绝对的虚无。暗物质在宇宙中的作用就相当于一个框架，如果不是因为暗物质我们所见到的星系们就不会在今天的位置。目前的研究表明暗物质很可能在被消耗，我们宇宙框架的成长随之变慢。约二十年前，一项研究表明我们的宇宙正在膨胀，而膨胀的速率不是恒定或减慢，而是在加速。这项研究在2011年被授予了诺贝尔物理学奖。 学者们认为暗能量的密度可能是一种宇宙常量，而真空则提供了宇宙膨胀的动力。通过研究许多不同的资料，研究小组比较了宇宙的膨胀规律。他们认为暗能量吞噬暗物质可以作为宇宙加速膨胀的解释。简评：丝毫不提与空间有关，纯粹要为宇宙大爆炸谬论找理由，公然宣扬宇宙虚无论，与唯物辩证法对着干。

4）空间技术：空间技术就是探索、开发和利用宇宙空间的技术，又称太空技术和航天技术。大气层以外太阳系以内的航行活动则称之为航天，而太阳系以外的航行活动称之为航宇。相当长的历史阶段内，人类只能实现航天活动。当飞行器达到第一宇宙速度7.9km/s才能克服地球引力而环绕地球飞行；提高到第二宇宙速度11.2km/s可以脱离地球飞向太阳系的其他行星；提高到第三宇宙速度16.7km/s就可飞离太阳系。太阳系太大，现代航天器以第三宇宙速度来飞行，需飞行万年以上才能离开太阳系。进行太阳系之外的通讯，信号来回一次需要一年以上时间。发展空间技术，最终目的就是要实现空间转移。宇宙空间有着地球上所不具备的失重、高真空、强辐射、超低温等条件。将天文观测站架设在深太空,可获得清晰的天体图像揭示天体真实面貌。利用外层空间高真空、高洁净等条件,可以制造人类需要的新材料和太空药,它既能保证产品的高质量,又能保证生产安全和方便。简评：似乎只要满足高真空与超低温两大空间特性，就可以开展航天活动，难道空间的本质特性就不必要么？

5）地球大气层。又称大气圈，是因重力关系而围绕着地球的一层混合气体，是地球最外部的气体圈层，包围着海洋和陆地，大气圈没有确切上界，在离地表2000~16000公里高空仍有稀薄的气体和基本粒子，在地下，土壤和某些岩石中也会有少量气体，它们也可认为是大气圈的一个组成部分，地球大气的主要成分为氮、氧、氩、二氧化碳和不到0.04%比例的微量气体，这些混合气体被称为空气，地球大气圈气体的总质量约为5.136×10^21克，相当于地球总质量的百万分之0.86，由于地心引力作用，几乎全部的气体集中在离地面100公里的高度范围内，其中75%的大气又集中在地面至10公里高度的对流层范围内，根据大气温度垂直分布和运动特征，在对流层之上还可分为平流层、中气层、增温层等。大气层保护地表避免太阳辐射直接照射，尤其是紫外线；也可以减少一天当中极端温差的出现。还有两个特殊的层，即臭氧层和电离层。臭氧层距地面20至30千米，实际介于对流层和平流层之间。这一层主要是由于氧分子受太阳光的紫外线的光化作用造成的，使氧分子变成了 臭氧。电离层很厚，大约距地球表面80千米以上。电离层是高空中的气体，被太阳光的紫外线照射，电离层由带电荷的正离子和 负离子及部分自由电子形成的。电离层对电磁波影响很大，我们可以利用电磁 短波能被电离层反射回地面的特点，来实现电磁波的远距离通讯。简评：关注大气层与真空场的物理关系。

6）地球辐射带。地球辐射带又称长波辐射和热红外辐射。由地球及其大气层放射的电磁辐射。地面长波辐射大部分被云体和大气层吸收，一小部分透过大气层直射太空；大气同时也向太空放出长波辐射，这两者之和组成由地气系统进入宇宙空间的热辐射，就统称为地球辐射。地球辐射带分为内外两个带，它们在向阳面和背阳面各有一个区，内带是离地面较近，而外带离地面较远。内带中心到地心距离约1.5个地球半径，外带中心离地心距约在3－4个地球半径。向阳面和背阳面的内外带的粒子环境在空间上并不完全对称。内带含有大量的高能质子和电子，在无太阳质子事件并且地磁扰动不大的情况下，内带中高能质子和电子的空间分布和强度相当稳定。地磁场长期变化使辐射带的空间分布和强度发生变化。内带中对卫星和宇航员的威胁主要来自高能的质子。外带对卫星和宇航员的威胁主要来自高能的电子。影响辐射带空间分布和强度的主要因素有：太阳活动的水平、地磁长期变化、地磁短期变化/磁暴、太阳宇宙线事件。辐射带内的带电粒子是太阳风、宇宙线与地球高层大气相互作用而产生的高能粒子。它们在地磁场的作用下，沿磁力线作螺旋运动并不断辐射出电磁波。简评：关注辐射带与真空场的物理关系。

7）电磁波。电磁波是由同相且互相垂直的电场与磁场在空间中衍生发射的震荡粒子波，是以波动的形式传播的电磁场，具有波粒二象性。电磁波是由同相振荡且互相垂直的电场与磁场在空间中以波的形式移动，其传播方向垂直于电场种电磁波在真空中速率固定，速度为光速。见麦克斯韦方程组。 电磁波伴随的电场方向，磁场方向，传播方向三者互相垂直，因此电磁波是横波。当其能阶跃迁过辐射临界点，便以光的形式向外辐射，此阶段波体为光子，太阳光是电磁波的一种可见的辐射形态，电磁波不依靠介质传播，在真空中的传播速度等同于光速。电磁辐射由低频率到高频率，主要分为：无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和伽马射线。人眼可接收到的电磁波，称为可见光（波长380~780nm）。电磁辐射量与温度有关，通常高于绝对零度的物质或粒子都有电磁辐射，温度越高辐射量越大，但大多不能被肉眼观察到。简评：电磁波是电磁振荡的波，是一种纯能量，电磁波不是物质波，其波粒二象性说是牵强附会的。电磁波的传播，涉及真空物质波载体。▲作为纯能量的电磁波来自电磁震荡

8）引力波。引力波是爱因斯坦在广义相对论中提出的，即物体加速运动时给宇宙时空带来的扰动，好比水面上物体运动时产生的水波。但是，只有非常大的天体才会发出较容易探测的引力波，如超新星爆发或两个黑洞相撞时，而这种情况非常罕见。因此，相对论提出一百多年来，其水星进动和光线偏转重要预言被一一证实，而引力波却始终未被直接探测到。引力波以波动形式和有限速度传播的引力场。按照广义相对论，加速运动的质量会产生引力波。引力波是横波，在远源处为平面波；有两个独立的偏振态；携带能量；在真空中以光速传播等。引力波携带能量，应可被探测到。但引力波的强度很弱，物质对引力波的吸收效率极低，直接探测引力波极为困难。双星体系公转、中子星自转、超新星爆发，及理论预言的黑洞的形成、碰撞和捕获物质等过程，都能辐射较强的引力波。简评：关注引力波与真空场的物理关系，引力波与电磁波的本质区别。▲电脑虚构等离子体的分布图景

9）等离子体。等离子体(Plasma)是一种由自由电子和带电离子为主要成分的物质形态，广泛存在于宇宙中，常被视为是物质的第四态，被称为等离子态，或者“超气态”，也称“电浆体”。等离子体具有很高的电导率，与电磁场存在极强的耦合作用。等离子体又叫做电浆，是由部分电子被剥夺后的原子及原子团被电离后产生的正负电子组成的离子化气体状物质。等离子体是一种很好的导电体，利用经过巧妙设计的磁场可以捕捉、移动和加速等离子体。等离子体物理的发展为材料、能源、信息、环境空间、空间物理、地球物理等科学的进一步发展提供了新的技术和工艺。简评：关注等离子体与真空物质波的物理关系。

三，空间的概念与性质之我见

1）空间是不含费米子实体的、充满真空物质波及其承载各自暗能量的存在形式。暗能量是玻色子类的非物质波，诸如：低频电磁波(如背景微波)、引力波、介子波(如Z,W)。

2）真空是一种特殊的场物质或物质波。其特殊性主要在于：真空是电磁波、引力波、暗能量的载体。

3）真空物质波是一种有特定厚度的正弦体积波。因此，真空物质波，也叫真空体积波。真空波的一个波长，或量子单元，简称“空子”。

4）真空体积波，充满在宇宙固有空间，没有伸缩性，物质结构的伸缩性，只反映内部费米子质密梯度与能密梯度空间分布的变化。▲质量粒子附近能密梯度在真空介质的分布

5）真空体积波是各种光速能量子的载体，真空体积波不能传播机械波的声速能量子。真空体积波传播的能量有：核子群/原子核自旋的万有引力势能（引力波）、电子群/核外电子绕旋的电磁辐射能（电磁波）、核子间的强结合能（核裂变/核聚变）、中子内的弱结合能（核衰变）、分子间的引力势能（范德瓦尔斯力）。▲核子间的强结合力释放的核聚变图景

6）真空体积波是空间介质或真空介质。真空有特定的介电常数(ε0)与介磁常数(μ0)。利用真空介质可以制作电容器等电子元件。

7）真空体积波的速度，是宇宙中的极致光速。实验证明，真空体积波的速度，只与介电常数与介磁常数有关c=1/√(ε0μ0)。电磁波与引力波的速度取决于波长与频率c=λf。说明，真空体积波与电磁波的波频有特殊的匹配耦合关系。

8）真空体积波对所承载的电磁辐射能与引力势能，具有稀释/弥散/软化/降频/衰变的阻尼效应，也叫“阻尼红移”。光在真空中传播，随着传播距离的延伸，其光能或频率会渐渐减弱。光源天体离开观察者越远，这种“阻尼红移”越显著。20171014见证的双子合并，地球人接受的引力波频率从50赫兹变为500赫兹，而最初的引力波频率绝不是如此微弱。遥远的海船见证灯塔微弱的光，接近灯塔时见证明亮的光。太阳最初的高频辐射到达地球变成低频的可见光。所谓的多普勒红移，其实是真空体积波的阻尼红移。▲2017年10月16日LIGO公布的双子合并频谱

9）真空体积波，具有超强穿透性或渗透性，任何物质包括极其致密的中子内部，也必然充斥真空介质，真空介质无处不在。这也揭示迈克尔逊莫雷实验，光速在任何方向不变，不是光波具有波粒二象性，而是作为光速的真空体积波承载了电磁辐射能的缘故。

10）真空体积波，对于等离子体、中微子等费米子，可能具有特定的悬浮性。正如狄拉克所言，空间是电子的海洋。自由电子、自由质子、自由中微子，沿着测地线运动，随机性均匀分布在浩瀚无垠的深太空中，也许与真空物质波的悬浮性有关。

综上所述，回到本题，空间的本质是承载光速能量子的真空体积波。