從普朗克時空到愛因斯坦時空

物理學的研究物件大至宇宙萬物，小到基本粒子，物理學被科學界公認為是一切自然科學的理論和實驗基礎，既然物理學成為了自然和工程科學的“學科老大”，那麼什麼是物理學？現有的中學和大學教科書給出了物理學的一般定義：物理學是研究物質基本結構和一般運動規律的科學。從物理學的分類找到了物理學“教科書定義”的一個“漏洞”，從物質性質上可以將物理學劃分為力學、熱學、聲學、光學和電學“六大學科”；從物質形態上可以將物理學劃分為固體物理學、液體或流體物理學、氣體物理學、等離子體物理學等；從物質尺度上可以將物理學劃分為粒子物理學、原子物理學、分子物理學、地球物理學、大氣物理學、天體物理學等。物質性質、形態和尺度實際上反映了物質不同層面的物理特性，我們因此從物理學分類找到了為物理學的教科書定義“打補丁”的方法，修訂後的物理學定義表述為：物理學是研究物質基本結構、基本特性和一般運動規律的科學。

從最小的時間單位到最大的時間單位，衡量物質運動快慢的時間跨度達到10的45次方的量級。人們在日常生活中主要使用經典標準的時間尺寸，常用的時間單位有分鐘、小時、天、年等，“人類紀”的生物學概念、考古學和地質學常以萬年為時間單位，天文學常以百萬、千萬和億年為時間尺度。電影、電視和動畫製作利用了人眼和大腦難以區分的秒為時間指標，常規電影膠片製作的“幀”或一幅靜態畫面在放映時達到了一秒二十四幀，每幀的播映時長為二十四分之一秒。什麼是電影哲學影像論的等效原理？舉例說來，當電影靜態膠片的播映速度達到了每秒二十四幅或“幀”時，靜態圖片達到了動態效果，為何從靜態的看圖片轉化為動態的看電影？電影藝術的產生實際上利用了人們“影像錯覺”的心理反應。

如果秒和一秒千分之一的毫秒或0。001秒屬於經典概念的時間範圍，常用的單反照相機的快門速度為1／16毫秒，那麼納秒和阿秒、皮秒和飛秒等單位則屬於量子概念的時間範圍，一納秒為10億分之一秒，個人電腦的微處理器執行一道語言指令時耗時2到4納秒。粒子的物理屬性在量子概念的時間範圍表現出量子力學的測不準原理。物理學家已知量子世界的最小時間單位為“普朗克時間”，可能沒有比10的負43次方秒的普朗克時間更小的時間範圍了。普朗克時間在乘以光速後對應了“普朗克長度”，可能沒有比10的負33次方釐米更短的空間範圍了，黑洞“奇點”在時空概念上進入了普朗克時間和普朗克空間，人們瞭解和熟知的經典和相對論物理學原理在“奇點”中失去有效性，這是人們難以理解和相信黑洞“奇點”和宇宙大爆炸理論的根本原因。

從最小的空間單位到最大的空間單位，衡量物質維度尺度的空間跨度達到10的45次方的量級。人們在日常生活和經濟生產活動中使用經典概念的空間尺度，常用的空間尺寸單位有米、千米或公里、分米、釐米和毫米，其中的米是國際單位制中空間或物體長度的標準單位。空間尺度縮小到奈米的範圍就進入到量子世界，1奈米為10億分之1米或10的負9次方米，相當於單個原子直徑的4倍，奈米技術研究的材料結構尺寸為1到100個奈米。量子空間尺度在奈米以下的單位有皮米，1皮米為10的負12次方米；有飛米，1飛米為10的負15次方米，大約是一個原子核的大小：有阿米，1阿米為10的負18次方米；有仄米，1仄米為10的負21次方米；有么米，1么米為10的負24次方米。已知空間尺度的最小單位為普朗克長度，大致等於1。6倍10的負33次方釐米或10的負35次方米，相當於一個質子直徑的10的負22次方分之一。

天文學使甪的空間長度單位有光年，1光年是光在一年時間穿越的直線距離，1光年大約等於9。46倍10的22次方公里。天文學家常使用的空間尺寸單位還有秒差距，1秒差距為3。26光年；有天文單位，1個天文單位為地球到太陽的平均距離或相當於1。496億公里。月球的平均直徑為3476。28千米或公里；地球的平均直徑為12756千米；太陽的平均直徑為1。392倍10的6次方千米；宇宙可觀測直徑大約為930億光年。經過以上對時空尺度的簡要分析，我們得到了可認知宇宙的時空起點，宇宙起始的時空範圍為普朗克時間，宇宙存續的時間大約為137億年：宇宙起始的空間範圍為普朗克長度，宇宙目前空間球體的直徑大約為930億光年。

可以把由普朗克時間尺度和普朗克空間尺度構成的量子世界稱之為普朗克時空或宇宙，把宇宙在暗能量作用下從起點膨脹到目前的“超級球體”稱之為愛因斯坦時空或宇宙。什麼是宇宙科學？它是一門以可觀測宇宙的結構、特性和一般運動規律為研究物件的科學，或宇宙科學僅研究從普朗克宇宙到愛因斯坦宇宙中物質和時空相互作用的科學。什麼是科學哲學的邏輯經驗主義和邏輯實證主義？它們是分析在有限時空或最小的普朗克時空和最大的愛因斯坦時空之間物體與時空相互作用的哲學命題。可觀測宇宙的時間尺度跨度和空間尺度跨度符合科學哲學量級論的等效原理，時空跨度量級的等效原理是時空哲學中最神秘的現象之一。當人們試圖觀測和認識比普朗克宇宙更小的宇宙，比如：黑洞的“奇點”，或當人們試圖觀測和認識比愛因斯坦宇宙更大的宇宙，比如：多重宇宙時，人們的觀測將受到科學哲學測不準原理的制約或人們的認識將受到科學哲學認不準原理的約束。