“11/30二维时间坐标系”的发现论证与应用研究

陈伟

引言

全球变化与重大自然灾害研究和预测预防是21世纪人类科技发展中亟待理论突破的重大科学课题，也是各国政府、民众与科学界必须面对的现实难题。

近十多年来，作者一直潜心研究“中国大陆强震空间分布与时间周期分布”这一问题，属于个人专业爱好、个人自助和工作业余研究课题。本着中国微波之父林为干院士倡导的“要做一辈子研究生” [9]的科学精神，执着追求，乐于其中。主要科研成果有：

1.1996年8月博研期间参加第三十届国际地质学大会（北京），提交和报告论文《控制中国大陆地震活动的热通道网络系统》，并被收录大会论文摘要集。根据中国大陆深部地球物理探测资料成果，首次发现和提出中国大陆“软流层热通道与热通道控震网络”的概念与理论模型。

2.2009年12月参加“纪念中国地震局兰州地震研究所建所50周年—地球科学与防灾减灾学术研讨会”，提交和报告论文《中国大陆强震时空分布》;首次发现和提出“中国大陆软流层热通道网络与宝鸡上地幔热柱联合控震”空间分布模型和“全球地震11/30周期分布律”时间分布模型。

3.2011年9月参加中国物理学会2011年秋季学术会议（浙江大学），提交和报告论文《从全球地震11/30周期分布律揭示的时间新维度——11/30二维时间坐标系》[5];首次发现和提出“11/30二维时间坐标系”模型。

4.2013年11月参加第十届中国科学家论坛（北京）;提交和报告论文《洛书的自然数学原理——11/30二维交互数系暨11/30太极数系》[6]，获得“2013中国科技创新卓越成果奖”。

5.2014年8月参加第五届中国科技创新发展论坛（北京），提交科研创新成果 [8]，获得“2014中国科技创新发展论坛年度科技人物”荣誉称号。

本文对“11/30二维时间坐标系”数理模型的发现论证与应用研究作一比较完整的综述。

1.研究课题、指导思想及主要成果

在对“全球地震时间周期分布”问题整个研究过程中，可以分为对近现代西方科学观及其数理逻辑公理化假设提出反思和质疑、提出新的研究指导思想与方法、发现地震时间活动基本周期数11与30、建立新的数理模型及坐标系、得出科学研究结论这样五个阶段。

1.1 对近现代西方科学观提出反思

当今，以西方科学为主导的人类科学技术发展水平体现在探索和认识宏观宇宙与微观粒子两大领域：空间尺度上已经达到认识最远类星体137亿光年即约1.3×1018米～微观粒子尺度阿米即10-18米;时间尺度上已经达到推算宇宙大爆炸年龄138.2亿年即约4.36×1017秒～激光时间尺度阿秒即10-18秒。

地球上发生的特大地震能够在数十秒时间内可以将一座城市及其数万乃至数十万生命顷刻间毁灭;这既是对人类生命的巨大威胁，更是对人类智慧的最大挑战。“可上九天揽月，可下五洋捉鳖”的当今人类科技发展，对关乎自身生命存亡的脚下地球“地震形成动因及时空分布规律”缺乏应有的理解和认识，却在试图推演数十亿～百亿年前的宇宙星体起源与演化。由此可见，西方科学观在主导和引领当代人类社会发展过程中，存在着对“宇宙～天地人”系统整体认识上的严重偏离与割裂，这是当今人类科学技术发展过程中存在的最大悖论[6]。

1.2 对近现代西方科学数理逻辑公理化假设提出质疑

近代自然科学体系主体是建立在西方还原论哲学思想和公理化方法逻辑基础之上的。1637年，笛卡尔创建了平面直角坐标系和解析几何;这一数学方法论上的创造成为所有近现代应用数学的基础，为近代西方科学的初创和发展开启了大门。

自笛卡尔以来，西方科学理论大厦赖以建立的数理逻辑基础与公理化假设核心有三条：（1）西方数学中将包含整数在内的全部实数集合被公理化认为分布在一条直线或一维数轴之上;（2）近现代西方物理学中将全部自然事件的时间序列集合被公理化地认为分布在一条直线即一维时间轴之上;（3）并由此自然得出第三条公理化假设，在一维实数轴和一维时间轴上，“0”点是绝对且唯一的。

三百多年来，西方近现代科学飞速发展，人类科学探索和技术发展的征途就是不断地逼近时空的极限“0”点，并由此演绎出关于宇宙和自然界运动变化的诸多理论模型或理论假说。例如，“宇宙大爆炸”、“上帝粒子”以及关于宇宙统一的“万有理论”等等，均是在此舞台上演绎的一幕幕剧目。

1.3 当今的科学“天问”：时间“0”点从何而生

爱因斯坦曾说：“提出一个问题往往比解决一个更重要。因为解决问题也许仅是一个数学上或实验上的技能而已，而提出新的问题，却需要有创造性的想像力，而且标志着科学的真正进步。”

今天，时间的计量标准采用铯原子钟，它提供“秒”的计量。物理世界时间探测尺度可以达到10^（-18）秒;那么试问，时间“0”点究竟在何处？从何而生？决定生命存亡亦即大地震发生的那一时刻或那一秒，是从何而来、从何而生的呢？当前以物理学为主导的诸多理论模型是否反映了自然界运动变化的真实时空图像？作为自然界基本物理现象之一的地震活动及其时空分布规律为什么会成为世界科学难题？

1.4 提出新的研究指导思想与方法

研究指导思想与方法是：（1）充分认识地球历史与包括地震活动在内的地壳运动呈现出的渐变过程与突变过程交替发生的演变规律;（2）以中国古代阴阳太极理论与自然宇宙观为指导;（3）吸收近几十年来西方科学发展起来的非线性科学与混沌理论研究成果[2][3]。研究成果是这三大方面思想和方法指导相结合所获得的科学新发现。

1.5 主要研究成果

获得的主要研究成果为：（1）发现了体现地壳运动能量渐变与突变交替发生过程、反映地震活动周期规律的“全球地震11/30二维周期分布律”;（2）揭示其物理本质规律的“11/30二维时间坐标系”;（3）以及这两大规律赖以确立的数学基础——“11/30二维交互数系坐标系暨11/30太极数系”;它同时也揭示了代表古老中华文明之源头“洛书”的自然数学原理或数理来源。这三大研究成果既相对独立又相互依存，互为支撑，缺一不可。

2.“11/30二维时间坐标系”的发现与论证

2.1“11/30二维时间坐标系”的物理基础——地震“时间差”中发现基本周期数11与30

2.1.1对地震等自然灾害轮回周期的研究

已有研究表明，11年及其倍数周期在地震、干旱、洪涝等自然灾害事件中均有明显反映，例如：

1501年1月29日陕西大荔朝邑发生7.0级地震，1556年1月23日陕西华县发生8.25级特大地震，两者相差55年。

20世纪陕西省发生了三次特大干旱，分别是1929年、1962年和1995年，这三次大旱事件时间间隔均为33年。

又如，1954年长江流域发生特大洪水，武汉市水位高达29.73米，死亡3.3万人;1998年长江流域再次发生特大洪水，武汉市水位达到29.53米;这两次特大洪水事件相隔44年。

太阳活动周期是太阳黑子数及其他现象的准周期变化，其平均周期约11年，变化幅度在9至13年。因此，在地震、干旱、洪涝等自然灾害事件中反映出来的11年及其倍数周期不能与太阳活动周期简单等同起来;但它们之间可能存在着密切关联。

除了11年周期外，自然界中存在的另外一个相当重要的周期是中国自古以来就已经认识的干支60年以及其倍数周期[1]。历史上发生的诸多自然灾害事件已经充分验证了这一周期的存在。下面来看一些例子：

1931年长江流域暴雨成灾，长江中下游西起湖北沙市，东至上海变成一片泽国;1991年长江中下游地区再次发生特大洪水，淹没了整个江淮大地;两次洪水事件相隔60年整。

2011年11月8日东海发生7.0级强震，1981年1月2日东海曾经发生7.2级强震，恰好时隔30年。

2.1.2提出问题和猜想

1999年，在前人研究成果的基础上，通过综合分析，作者提出如下疑问和猜想：在诸多自然灾变事件中出现的11年与30年两个周期特别引人注目，11年与30年倍数这两个周期是个别存在还是普遍存在的呢？是否可能这是两个更为基本、更为重要的周期呢？它们仅仅出现在年尺度中吗？二者之间是否存在着相互关联？

2.1.3对地震三要素与地震时间的重新认识

地震科学中，具体某个地震的发生用三个基本要素来表达，称之为地震三要素，即震中位置、地震震级和发震时间。地震三要素是在地震发生之刻和之后，人们用一定的科学仪器记录下来和一定的科学理论模型计算得出的结果。从时间进程上严格地讲，地震三要素应确切地称为发震三要素。这三个要素也构成了通常所说的地震预报三要素。地震学家们在地震发震三要素与地震预报三要素之间不假思索地划上了等号，就是寄希望于能够象经典物理学中运用牛顿力学和运动学原理精确地计算和预测运动物体的轨道位置、运动速度及运行时间那样，去预测和预报地震三要素。可是，直到现在，除了极个别经验性的地震预测预报成功震例以外，这个希望并没有结出现实之果。

在我们人类用年、月尺度计量单位去研究地震发生时间或复发周期仍然混沌迷茫之时，特大地震却能够在几十秒时间内将一座城市与数万乃至数十万生命顷刻间毁灭。

因此，现代地震学中，某一个地震发生时间用公元某年月日时分秒表达，是对一个震例发生时刻一种经典物理学的表达方式，这是一种孤立的地震时间点的表达方式。如要研究地震轮回周期或复发周期，就必须计算和研究一定区域内发生的给定强度地震事件之间的两两“时间差”，从中去找寻线索;这就是研究思路和方法的最初出发点。

2.1.4计算地震事件两两“时间差”：发现基本周期数11与30

2001年收集了自公元1201年以来全球7.5级与中国7.0级以上400余个强震震例，运用Excel表计算出每个震例两两之间的公历年差、月差，在地震时间差数据中发现均存在着11倍数和30倍数两个周期数[5]。如此，对之前的初步猜想，寻找到了明确的线索和依据，随后进入数理模型的构建和论证。

2.1.5提出一个更为深刻的问题：不同时间尺度上为什么会存在周期数11与30

通过选取不同的时间尺度计算地震事件“两两相对时间差”，比如中国农历月尺度或日尺度等，发现和提出了一个更为深刻的问题：地震事件两两时间差中，为什么在年、月、日等不同时间尺度都出现了11与30两个周期数？我们知道，一场大地震的发生和持续时间是以“秒”为计量尺度的，地震事件中存在的年、月、日等时间尺度是如何一步一步趋向于或逼近于“秒”这个尺度的？如此即回到了前面引言中提出的“天问”：即决定生命存亡亦即大地震发生的那一时刻或那一秒，是从何而来、从何而生的呢？时间“0”点究竟在何处？

“11/30二维时间坐标系”的发现和建立解答了这个问题。

2.2“11/30二维时间坐标系”

2.2.1二维时间坐标系构建的物理依据与思想来源

目前的一维时间数理基础模型是基于10进制、12进制、60进制基数复合而成，可称为“一维时间轴模型”。“11/30二维时间坐标系”建立的物理依据与思想来源为：

（1）通过计算地震事件“两两相对时间差”发现：在时间上，孤立地或绝对地去对待地球时空运动过程中的一个点或一次地震事件是没有意义的，真正有意义的是一定时空运动尺度中各次地震事件的时间差;且不论取何种时间尺度如年、月、日等，时间差中存在且仅存在着两个基本周期数11与30。

（2）基于天然地震活动时间分布中出现的、与时间尺度相对独立的二个基本周期数11与30，二者不可整除，存在着非线性及其交互作用;由此确立“11/30二维时间坐标系”的物理存在依据。

（3）吸收中国古代天干地支交互生成六十甲子纪年模型和太极模型中的数理思想，即天地时空阴阳交互与循环变化的核心思想;中国六十甲子纪年模型明显包含时空变化的一种周期性特征规律。

（4）吸收近几十年来西方科学发展起来的非线性科学及混沌理论研究成果[3]，这些新的研究发现正在逐渐突破西方科学经典核心物理学定律确立的时间反演对称性，即尖锐地提出了“时间之箭”问题[2]，着重转向各类事物事件演变过程之规律问题的研究。

2.2.2二维时间坐标系的构建

如图1所示，“11/30二维时间坐标系”构建方法详见文献[5]。

横轴E——取11的连续整数倍数设为横轴E，该数轴上的一个基本度量单位E=11（取11的英文单词首个字母E表示），具体时间长度依所选时间尺度（年、月、日等）;如取年，则1E=11年;如取公历月，则1E=11月。

纵轴T——取30的连续整数倍数设为纵轴T，该数轴上的一个基本时间单位T=30（取30的英文单词首个字母T表示）;具体时间长度依所选时间尺度（年、月、日等）;如取年，则1T=30年;如取公历月，则1T=30月。

2.2.3二维时间坐标系中时间“0”点的生成

在11/30二维时间坐标系中，时间“0”点的生成遵守如下公式：

“0”=k×（30×11-11×30 ）或“0”=k×（-30×11+11×30） （ k为自然数）

2.2.4二维时间坐标系中时间的数学表达

在11/30二维时间坐标系中，事件S相对于事件起算点即坐标“0”点的时间差S为：

S=a×11+b×30   （a、b为限定区间整数）

事件S与起算点的时差可表示为：S（aE，bT）  或简化为：S（a，b）

任意两个事件S2、S1之间的时间差⊿S为：

S=S2-S1=（a2-a1）×11+（b2-b1）×30

2.3“11/30二维时间坐标系”的数学基础——“11/30二维交互数系坐标系”

2.3.1“11/30二维交互数系坐标系”的构建

在11/30二维时间坐标系中，由于11与30二个基本周期数是独立于时间尺度而存在的;故依据11与30两个数作为基数，可以将“11/30二维时间坐标系”转换为“11/30二维交互数系坐标系”;其构建方法类似前者[6];但在此坐标系中（图2），已经不含时间概念。

横轴E——取11的连续整数倍数设为横轴E，该数轴上的一个基数元E=11（取11的英文单词首个字母E表示）。

纵轴T——取30的连续整数倍数设为纵轴T，该数轴上的一个基数元T=30（取30的英文单词首个字母T表示）。

2.3.2“11/30二维交互数系坐标系”中数“0”的生成

在11/30二维交互数系坐标系中，坐标原点即数“0”的生成遵守或满足如下公式：

“0”=k×（30×11-11×30 ）  或 “0”=k×（-30×11+11×30）   （ k为自然数）

2.3.3“11/30二维交互数系坐标系”中整数的一般数学表达

在11/30二维交互数系坐标系中，整数Z相对于坐标原点即“0”点的数学表达式为：

Z=m×11+n×30     （m、n为限定区间整数）

整数Z的坐标点可简化表达为：Z（m，n）

任意两个整数Z2、Z1之差⊿Z为：

Z=Z2-Z1=（m2-m1）×11+（n2-n1）×30

2.3.4“11/30二维交互数系坐标系”中整数的生成与分布特征

图2给出的是E、T取值区间为[330，-330]、整数区间为[660，-660]的整数分布图;为简化表达，图中未标示出基本自然数（1～9）之外的整数。

在“11/30二维交互数系坐标系”中，0、基本自然数（1～9）和全体整数的生成与分布规律如下：

（1）基数11与30的最小公倍数为330，在坐标系第Ⅱ、Ⅳ象限中，E、T取值呈正负逆向交互变化;在最小公倍数330位置点其向量之和等于0，由此生成数“0”。显然，随着最小公倍数330的整数倍数周期性生成，会伴随着周期性生成“0”;即数“0”不是仅坐标原点一个点，“0”点并不是唯一的，而是周期性生成的。

（2）在该坐标系中，基本自然数（1～9）的生成公式如表2所示。在第Ⅱ象限和第Ⅳ象限中均可生成基本自然数（1～9），但其数学生成公式不同。

在第Ⅱ象限中：

1=（7×30）-（19×11）

2=（3×30）-（8×11）

3=（10×30）-（27×11）

在第Ⅳ象限中：

1=（11×11）-（4×30）

2=（22×11）-（8×30）

3=（3×11）-（1×30）

余见表2。

（3）在该坐标系中，基本自然数序列[1～9]分解为三个数组[1、4、7]、[2、5、8]、[3、6、9]，各自分开独立且平行排列，其中数组[3、6、9]过坐标原点即“0”点。这与经典数学一维数轴上依大小顺序排列分布的自然数序列[1、2、3、4、5、6、7、8、9]特征完全不同。

（4）由表2公式递推可以证明，在11/30二维交互数系坐标系中，可以生成全体整数集合。全体整数在11/30二维交互数系坐标系中的分布集合与结构简称为“11/30二维交互数系”。

（5）在第Ⅱ象限和第Ⅳ象限中，三个数组[1、4、7]、[2、5、8]、[3、6、9]相对位置整体排列结构是相同的或不变的，其生成特征具有平移对称性和循环周期性;即三分数组[1、4、7]、[2、5、8]、[3、6、9]并非是自然数集合中单纯的一种简单排列组合，而是分布在“11/30二维交互数系”坐标系所生成的全部整数集合中的，具有基础性、结构不变性、周期循环性生成特征规律的数理组合关系。

（6）一般地，若二维数轴E/T取值区间扩大至最小公倍数330的r倍即r×330，整数的分布呈现为在四象限极值分布区间[r×660、0、-r×660、0]内循环递变、而“0点”周期往复循环生成的变化特征。

2.3.5“11/30二维时间坐标系”与“ 11/30二维交互数系”互为数理逻辑根据

“11/30二维时间坐标系”与“11/30二维交互数系”互为数理逻辑根据，可以归纳总结为：

（1）数的极其重要的来源之一就是对时间的计量;目前人类运用的是基于[10、12、60]进制基数复合而成的“一维时间轴模型”。“11/30二维时间坐标系”的数理基础模型是基于天然地震活动时间分布中发现的11与30二个基本周期数，二者不可整除，存在着非线性及其交互作用;由此确立了11/30二维时间坐标系的物理存在。

（2）在“11/30二维交互数系坐标系”中，“0”具有周期循环生成的特征规律;基本自然数[1～9]分解为三个平行数组[1、4、7]、[2、5、8]、[3、6、9]，从而突破了“一维实数轴”模型中基本自然数序列[1～9]呈现绝对大小顺序排列的原有认识;从数理逻辑上自然衍生出隐含“时间尺度相对性”物理本质的“11/30二维时间坐标系”。自然事件的时间差及其时间“0”点的生成，是11与30两个基本周期数交互作用与迭加合成的结果，符合向量合成法则;时间“0”点的生成具有相对性、非唯一性与周期性。

（3）在11/30二维交互数系坐标系中，可以生成全体整数集合（包含全体自然数集合），从数理逻辑上保证了原来在一维时间轴上分布的所有事件点集合转换到“11/30二维时间坐标系”中不会遗漏或缺失。“11/30二维时间坐标系”中事件时间差及时间“0”点的数理生成变化法则来源于或等价于“11/30二维交互数系”数理模型及“0”的生成变化法则。

2.4“11/30二维交互数系”与“洛书”的数理逻辑关系

河图与洛书是中国古代流传下来的两幅神秘图像，被公认为是中华文明的源头;其来源古老悠久且充满神秘。研究论文[6]首次对其数学原理作出了明确论证，证明了“11/30二维交互数系”即为洛书的数理来源。可以归纳为：

（1）河图与洛书是中国古代先民在仰观日月星辰循环运动、俯察人间大地四季变换过程中发现得出的关于“天地人”整体系统变化规律的一种高度抽象数理模型表达。《易传·系辞》曰：“河出图，洛出书，圣人则之”;学界多数认为河图与洛书同出一源。

（2）在“11/30二维交互数系”坐标系中所生成的三分数组[1、4、7]、[2、5、8]、[3、6、9]，通过三阶幻方数学变换，可以自然生成洛书数阵。

（3）中国麻将是体现洛书数学原理的直观具体模型;麻将口诀[1、4、7]、[2、5、8]、[3、6、9]源于三分数组[1、4、7]、[2、5、8]、[3、6、9];通过幻方数学变换，即可得出洛书数阵。中国古代曾经出现过“洛书麻将”是麻将体现洛书数学原理的明证。

（4）将基本自然数序列[1～9]在“11/30二维交互数系”坐标系中一分为三、自然生成的三分数组[1、4、7]、[2、5、8]、[3、6、9]称为“洛书数组”或“麻将数组”;由“洛书数组”组成的数阵称为“初始洛书”。

（5）对于洛书研究，本文在此补充两个极其重要的考古证明资料。图3是海南大学数学系耿济教授论文[4]中刊出的殷墟出土的甲骨中一片珍贵的文物，耿济教授称之为“原始洛书”。图4是《殷墟文字缀合》中的“原始洛书”。从甲骨文中发现的“原始洛书”与作者根据数理模型命名的“初始洛书”实为同一数阵，但来源有所不同。前者是中国古代先民的首创与发现，后者则源于今天建立在数理逻辑基础上对自然规律的进一步认识和揭示。古今学者都对由“原始洛书”如何演变成洛书给出了各种推演方法[4][6]，但均未见对“原始洛书”即“初始洛书”的数理来源作出研究和解释。“11/30二维交互数系暨11/30太极数系”对中华文明历史过程中这一极为重要而又十分神秘的文化产物给出了明确的科学解答。

（6）相对于包含公理性假设的经典数学体系之基础“一维实数轴”模型，“11/30二维交互数系”模型不含人为假设，完全来源于自然界“数”的真实运动变化规律。“11/30二维交互数系”分布结构与变化特征规律完全是基于“天地人”整体系统宇宙观或时空观之上，对自然界运动变化过程中所隐藏的“数”本身交互变化之特征规律的认识产物，完全符合中国古代阴阳太极理论模型。这一模型的发现与确立是与前述本研究依据的指导思想逻辑上相互自洽。故将“11/30二维交互数系”又称为“11/30太极数系”。

3.“11/30二维时间坐标系”应用研究：自然灾变事件11/30周期分布律

根据“11/30二维时间坐标系”，地震、洪灾、干旱等自然灾变事件的周期分布在数理模型上是类同的;即地震、洪灾、干旱等自然灾变事件的周期分布均遵守和服从“11/30二维时间坐标系”，可以统称为“自然灾变事件11/30周期分布律”模型。在该坐标系中，选定研究对象，选定时间尺度，均可建立其周期分布模型，据此可从时间周期分布上对研究对象作出历史事件关联研究和未来事件分析预判。

3.1全球地震11/30周期分布律

建立在“11/30二维时间坐标系”之上的“全球地震11/30周期分布律”[5]，其核心要点为：

（1）全球地震是在地球内外动力联合作用下地球构造运动与能量转化平衡的产物，每一次地震是地球时空运动过程中的一个点或一次事件，不同能量级别的地震对应于不同尺度的时空运动。

（2）在时间上，孤立地或绝对地去对待地球时空运动过程中的一个点或一次地震事件是没有意义的，真正有意义的是一定时空运动尺度中各次地震事件的时间差;时间尺度存在着相对性，且不论取何种时间尺度如年、月、日等，时间差中存在且仅存在着两个基本周期数：11与30。