物理学上的时-空与物质 
                                                             （物理学上的时间与空间4） 

           在博文id=209496中，我们曾讲过，宇宙包含两部分：一个部分是时-空，另一部分是存在时-空中的物质。与时-空概念及有关的规律相类似，物质概念及有关的规律不仅是物理学上仍在继续深入研究的问题，也是哲学上经常讨论的热门问题。哲学上对物质概念及有关规律的理解同物理学上对物质概念及有关规律理解存在着事实根据以及理论根据上的差异。在物理学上，和物质有关的概念及规律或者必须建立在实验事实的基础上，或者虽然出自假设，其推论必须而且也可以通过实验验证；而在哲学上，和物质有关的概念及规律则可以建立在无实验事实根据的假设上，这些假设的推论可以不必通过实验验证甚至无法进行实验验证。在此我们也要强调一下，本博今后对物质的讨论只限于物理学上所指的物质，而不是讨论哲学意义上的物质。 
    物质是什么？在目前，物理学大致可以这样粗略地回答：物质是位于时-空中的客观实在，它具有惯性质量、动量、能量、自旋等特性。常有一种说法，认为‘客观实在’就是物质，固然，物质必然是‘客观实在’，但并非一切‘客观实在’都是物质。例如，太阳光照在一个物体上所形成的影子，虽然也是一种‘客观实在’，却不是物质。凡是物质，必定具有惯性质量、动量、能量、自旋（对有的物质，这些量中有的可能取值为零，这是特殊情况）等特性，因此在说明‘物质是什么？’时，必须强调‘物质具有惯性质量、动量、能量、自旋等特性’，而且这些特性在物理学中都有严格的定义。根据‘物质具有惯性质量、动量、能量、自旋等特性’，可以导出一些数学公式，它的推论可通过实验来验证。这些问题，以前讲过一些，以后我们还将继续谈论。 
    近代物理的研究所得出的基本看法是，物质是以‘物质场’的形式存在，而‘物质场’要遵从量子力学的规律，故常叫做‘量子场’。 ‘量子场’的特点是物质以一个个粒子的形式存在，这些粒子的惯性质量、动量、能量、自旋等物理量都是量子化的。在宏观经典（即非量子化的 ）物理学的范围内，物质可以‘物质场’ 的形式存在，也可以‘质点’或‘质点系’ 的形式存在。‘质点’或‘质点系’ 的规律建立在牛顿力学的基础上，宏观经典‘物质场’的规律建立在狭义相对论的基础上。我们假定这些知识读者都已具备。 
    与《物理学上的时间与空间》系列相对应，本博打算以后再写《物理学上的物质》一个系列。关于物质及其各种特性，现在就不多谈了。下面只讲一下物理学上的物质与物理学上的时-空之间的一些关系： 
    任何物质必定于某一时刻处在某一空间位置，因此，物质不可能脱离时-空存在。可是，以后我们还将说明，在理论上时-空却可能脱离物质而存在；亦即在理论上可以存在没有物质的时-空，这就是Minkowski时空。可是，由于量子力学效应，量子振荡总是存在的，结合Lorentz 与Levi-Civita守恒定律（id=37976）便使得于任何时刻在空间中都有物质场能量创生；因之在实际上时-空总是与物质相伴而存在。 
    广义相对论可视为有挠引力理论的特殊情况，狭义相对论又可视为广义相对论的特殊情况。在有挠引力理论中，把度规张量和联络系数都看成是引力场的独立场量，并可求出这些场量的场方程，这些场方程明显地表明，曲率和挠率由能动张量和自旋张量确定（id = 288806）。曲率和挠率又可由度规和联络算出，均可认为是时-空的特性，而能动张量和自旋张量是物质的特性，因之，曲率和挠率可由能动张量和自旋张量确定，便说明时-空的特性要受到物质的影响。 
    在博文id = 377703中，我们讲过，在有挠引力理论中，一个除引力外不受到其他外力的具有自旋之粒子的运动方程，从中可看出物质的运动又要受到时-空的特性的影响。 
    上述这些物理学上的物质与物理学上的时-空之间的关系，以前讲过一些，以后我们还将继续介绍。