时空锥理论研究

冯广京

（中国土地勘测规划院，北京 100035）

时空锥理论研究

冯广京

（中国土地勘测规划院，北京 100035）

研究目的：研究提出时空锥理论并验证其理论的科学性。研究方法：根据广义相对论、系统论、量子力学和量子引力学的有关理论和方法，在总结完善笔者2014年提出的土地科学发展时空锥理论的基础上，进一步研究提出时空锥理论。研究结果：（1）补充完善了土地科学发展时空锥理论的4项内容。（2）提出了时空锥理论，其主要内容可以概括为：任何一种事物都存在于一个时空系统之中，具有其相对应的时空位置，并沿着时间箭头的方向而变化。人们对其发生、存在和发展规律的认知域，存在着渐进性和增长性，从而使人们对其的认知域在时空系统中形成了一个敞口与时间箭头方向相一致的时空锥，反映了这一事物发生和发展的客观规律性及其人们对其发生和发展规律性的认知过程。（3）应用时空锥理论，成功完成了多项土地科学基础理论的研究工作，不仅取得了多项突破性的研究成果，而且也验证了时空锥理论的科学性。研究结论：时空锥理论是人们认识和研究事物发生、存在和发展规律的一种科学的认识论和方法论。

土地科学；基础理论；时空锥理论；时空系统；时间箭头；系统论

1 引言

笔者在2014年开展土地科学基础理论的研究中，首次提出并应用土地科学发展时空锥模型及其理论[1]，成功完成了多项开拓性的首创研究，比如提出了“人地权”三位一体理论和人地关系权籍时空系统理论；建立了土地科学三维空间研究域模型；论证了土地权籍理论是土地科学不可被替代的核心理论；构建了土地科学核心理论轴模型及其理论体系和逻辑框架；证明了土地科学的学科独立性；揭示了土地科学的演进规律和学科交叉的驱动力等[1-4]。尔后，笔者先后在十多所大学和多次全国性学术会议上，介绍并讨论了土地科学发展时空锥理论及其应用的研究进展和成果。这一理论也被同行成功地应用于相关方面的研究中[5-6]。经过两年多的时间，笔者完成了土地科学发展时空锥理论的完善工作，并进一步提出了具有普适性的时空锥理论。本文将在介绍土地科学发展时空锥理论补充完善内容的基础上，重点研究提出时空锥理论并介绍将其应用于规划机理、多规冲突与多规融合机理、土地科学产生及演进方面的研究成果。

2 时空锥理论的基础

2.1 时间箭头

人们将时间及其方向性称为时间箭头。为什么研究时间箭头呢？这是因为广义相对论的出现，使人们认识到，“时间不能完全脱离和独立于空间，而必须和空间结合在一起形成所谓的时空的客体。”[7]现代科学已经证明，时间不是绝对的，而是相对的，因此时间也就具有了方向性，并把时间分成了过去、现在和未来。时间箭头的方向就是时间的方向，因而也决定了时空的方向性。这就决定了人类研究事物的发展规律，一方面要从时空的角度开展系统的研究，另一方面又要沿着时间箭头的方向开展研究。因次，时间箭头是人们研究事物客观发展规律的一个十分关键和重要的因素，也是时空锥理论的重要基础。

时空对于人类的意义在于，空间定义了事物发生、存在和发展的相对位置，而时间及其方向则指出了事物发展的方向及其发展变化的刻度。很显然，时间箭头的方向应当和事物发展的客观方向相一致。

现代科学研究已证明，在人类可知的时空中，至少存在三种决定事物发展方向的时间箭头[8]，第一个是热力学的时间箭头。按照热力学第二定律的定义，一个孤立系统的熵总是增加的，并且将两个系统连接在一起时，其合并系统的熵大于所有单独系统熵的总和。简单理解，就是在任何闭合系统中的无序度或熵总是随着时间而增加的，这意味着事情总是随着时间的方向，向着更复杂的方向变化而不是相反。第二个是心理学的时间箭头。心理学的时间箭头总是让人们能够感觉到时间流逝的方向，即总是让人们能够记忆过去的事情而不能记忆未来的事情。这就使心理学的时间箭头总是从现在指向未来的方向，而不是相反的方向，从而使事情总是沿着时间箭头的方向发展，导致事情的发展总是趋于复杂性和不确定性。由此可以看出，心理学的时间箭头与热力学的时间箭头的方向也是一致的，都是时间箭头的方向。第三个是宇宙学的时间箭头。宇宙学的研究证明，沿着宇宙学时间箭头的方向，宇宙是由膨胀走向收缩的方向，而不是相反。而这一方向既与热力学箭头的方向相一致，也与心理学箭头的方向相一致。这三个时间箭头的存在，使得事物的发展也存在着客观的方向性，即：事物发展的方向总是从现在到未来，而人们却只能记忆过去而不能记忆未来，由此决定了事物未来的发展具有方向不可逆、状态趋复杂、结果不确定的特点，从而深刻影响了人类的生存和发展、思维和行动。

2.2 时空系统

世界是一个时空系统，任何事物都存在于这一时空系统之中，并随着时间箭头走向未来。在当代科学认知水平的条件下，可见、可利用的时空系统是一个由一维时间和三维空间构成的四维时空（图1）。为什么是是四维而不是更多或更少维的时空以及四维时空是如何形成的？笔者已在《土地科学发展时空锥及土地科学学科演进研究》[4]一文中做了解释，本文不再赘述。

图1 四维时空Fig.1 Four-dimensional spacetime

时空系统，对于时空锥理论的研究是非常重要的。基于时间箭头的作用，笔者将任意时空系统内的部分分为三种时间态：“过去”的时空系统、“现在”的时空系统和“未来”的时空系统。不同时间态阶段的时空系统具有不同的特殊性，需要特别重视：

第一，“过去”的时空系统是一个有序的系统。在“过去”的时空系统中，人们可以将任何一个曾经发生过的事物，通过时空系统的四维坐标表达出来，从而使它们在时空系统中发生的位置具有了相对确定性，进而使人们能够在时空系统中研究任何一个事物的出现和存在的相对确定性，以及它们与其他事物间的关系和影响。

第二，时空系统是一个动态的系统。这一点非常容易理解。时空系统中的每一个事物都是时间的函数，除了第一点中指出的具有出现和存在的位置的相对确定性外，还具有在时空系统中变化的方向性和动态性，导致人们对事物的研究、认知和利用程度都存在着时间方向上的渐进性和困难性。

第三，时空系统是一个复杂的复合系统。系统论和广义相对论告诉我们，世界既是一个整体的时空系统，也是一个由无数个时空子系统共生共存的复合系统。在整个时空系统中，各个时空子系统间都存在着相互影响、相互作用的关系。这导致了研究时空系统关系的复杂性：（1）单个子系统的优化，不仅受其系统自身内部结构和因素变化的直接影响，而且还会受到其他子系统变化的间接影响，同时还在同样影响着其他子系统；（2）单个子系统内部结构和因素的变化，不仅会直接影响其系统自身的发展，还会通过影响其他子系统变化的方式，反过来再影响其自身系统的发展；（3）单个子系统的最优化，并不一定能够导致更大系统的最优化，因此单个子系统的优化需要以整体系统的优化为前提。

第四，“未来”的时空系统是一个存在不确定性的系统。量子力学和量子引力学的发展，为人们认识事物的发展提供了一个重要的认识论：在事物发展的进程中，存在着不可避免的非预见性或偶然性，即不确定性原理。在时空系统中，“空间和时间变成为动力量：当一个物体运动时，或一个力起作用时，它影响了空间和时间的曲率；反过来，时空的结构影响了物体运动和力作用的方式。”[9]这使得空间和时间不仅去影响时空系统中发生的每一件事情，而且反过来时空系统中发生的每一件事情还都会影响时空系统的变化。这种复杂性，导致了“未来”的时空系统及其中具体事物的发展，存在着可能的突变性和不确定性，而且由这种不确定性导致的结果，由于时间箭头的作用是不可逆的。

综上，时空系统是人们认知事物发生、存在和发展规律的重要平台和工具，时空系统具有的多项特殊重要性，也是笔者研究时空锥理论的基础和根据。

3 土地科学发展时空锥理论

土地科学发展时空锥理论提出于2014年底[1]，完成于2016年[4]。由于主要内容，笔者都已发表在《土地科学发展时空锥及土地科学学科演进研究》一文中，本文将主要介绍土地科学发展时空锥理论研究后续补充完善的内容，其他有关的内容请参考本文的文献［4］。

3.1 模型

土地科学发展时空锥模型（图2），是土地科学及其学科研究域发生和发展的事实和内在规律的一种客观反映和描述，能够帮助人们深刻认识和科学研究土地科学学科的本质特征、内涵和属性以及学科演进等方面的重要问题，也是笔者研究提出土地科学三维空间研究域的基础[1-4]。

3.2 理论内容

（1）在土地科学发展中，在其发展时空锥外部，始终存在着“不可见区”（图2），受到科学认知的局限，在每个时间点上的“不可见区”内，都存在着未能被全部认知和因此不能被解决的问题，需要逐渐认知和解决；在其内部，受科学技术发展的局限，在每个时间点上的可见区内，也始终存在着一部分尚难以完全解决的问题，有待科学技术的突破或发展。

图2 土地科学发展时空锥Fig.2 The spatiotemporal cone of land science development

（2）土地科学是一门不断向上和向外扩张发展的系统综合性交叉科学，其向上扩张的驱动力源自于其内生的满足人类的可持续发展要求，由其核心理论轴（由土地权籍、土地租价和土地可持续利用核心理论构成）的时空发展逻辑和理论体系所决定；向外围扩张的驱动力主要源自于土地问题的日益复杂性和土地对人类可持续发展约束的日益严重性。

（3）土地科学始终存在着对未来发展的不确定性和确定性的矛盾，也一直存在对业已出现的疑难问题的认知障碍和必须解决的要求，使得土地科学发展的主要方向是用着眼于未来的可持续发展，来校正当前的研究和实践；用着眼于以土地科学的逻辑框架和理论体系，来发现和研究并解决当前认知人地关系的局限和调整人地关系的困难。

（4）土地科学是一门复杂的系统科学，内部存在纵向的逻辑层级、横向的逻辑分区，相互影响和制约。由于其内生的扩张性，也导致了在其外部存在日益增多的多领域多学科的交叉和扩张；而这种交叉和扩张，主要都是围绕土地科学的核心研究域而展开的，客观上又逐渐发展壮大了土地科学。

4 时空锥理论

4.1 研究背景

土地科学发展时空锥理论对于土地科学学科建设研究而言是十分重要的。土地科学是一门客观存在的知识体系[1-4]，通俗地说，土地科学就是一门客观存在的科学。但是，它是因为什么重要到不可被人类忽视的客观存在的问题而出现并发展的？它有没有一套能够有效解决这一客观存在的问题且不能被其他科学所替代的完整的知识体系？土地科学的知识体系是如何形成的并将如何发展？等等诸如此类关系土地科学发展的重大而关键的问题，必须逐一回答和证明。而土地科学发展时空锥理论不仅能够，而且事实上也非常好地完成了这一任务[1-4]。

土地科学发展时空锥理论能否更广泛地应用于其他方面的研究呢？为了提升其普适性，笔者做了大量的后续研究和完善，最终提出了时空锥理论，并成功地指导张衍毓副研究员将时空锥理论应用于有关规划横向冲突机理的一部分研究之中[5]。尔后，笔者在后来一年的时间里，开展了将时空锥理论应用于更多方面研究的验证工作，都取得了成功。

4.2 原理

时空锥理论，既是认识事物客观发展规律性的一种认识论，也是研究事物客观发展规律性的一种方法论。

如果人们将事物看作是一种物质存在的话，那么任何一种事物都存在于一个时空系统之中，且随着时空系统中时间箭头的方向而变化。人们对这种事物在时空系统中变化的认识，也在时空系统中形成了一个对这种事物客观发展的认知域。人们对任何一种事物在时空系统中发生变化的认知所形成的认知域，呈现出一种普遍的规律性，即跟随时空系统中时间箭头的增长，人们对任何一种事物内、外部矛盾性的认知也会逐渐增多和扩大，使得人们在时空系统中对这一事物的认知域也会相应扩大，必然引起人们对这一事物发展的认知域的边界也随之外扩。人们对时空系统中，沿着时间箭头方向发生变化的任何一种事物的认知域的增长过程，就构成了一个在时空系统中敞口与时间箭头方向相一致的近似圆锥体（图3），笔者称其为时空锥，而反映这一时空锥形成、演进机理及其特殊性的规律，就形成了时空锥理论。

图3 时空锥的形成Fig.3 The formation of spatiotemporal cone

4.3 理论内容

时空锥理论主要包括以下内容：

（1）时空锥是人们在认知时空系统中的事物发生、存在和发展规律的过程中形成的。由于时间箭头的作用，人们对于任何一种事物的发生、存在和发展的认知，都存在着一种渐进增多和加深的过程，导致在时空系统中沿着时间箭头的方向，形成了一个相对应的敞口与时间箭头方向相一致的近似圆锥体的认知域（图3），构成了这一事物的认知域时空锥。

（2）在沿着时间箭头的方向上，任意时间点t上，相对于未来任意时间点t + 1而言，在时空锥的外部，存在着人类有待认知的“不可见区”ΔAt，如图4所示；在时空锥的上部，存在着人类不能准确预测的“不可预见区”At+1，其大小为：At+1= At+ΔAt+1；在时空锥内部的可见区中，也始终存在着人类尚难以完全认知的“半可见区”A′t，存在于图4中At的圆形区域中，其大小由t时的科学认知和技术水平所决定。由此，导致了时空锥内部结构的复杂性，即其内部不仅存在着纵向的逻辑层级，也存在着横向的逻辑分区。

（3）在沿着时间箭头的方向上，时空锥始终存在着增长性，其增长的驱动力主要来自于人们对时空锥内、外部矛盾性的不断求知。这种增长性，导致了时空锥在当前时间点t上的一部分“不可见区”，将在下一时间点t + 1前，逐渐进入时空锥的内部；也导致了在时空锥当前时间点t上的一部分“半可见区”将逐渐得到完全的认知、“不可预见区”将逐渐进入“可见区”。

（4）在时空锥的增长中，人们始终存在着对任何一种事物未来发展的认知上的不确定性，导致在当前时间点t上，人们无法确定性地指出任何一种事物在未来某一确定的时间点t + 1上的准确变化。

图4 时空锥分析Fig.4 Analysis of the spatiotemporal cone

为什么无法确定事物在未来时间点上的准确变化呢？图5给出了其原因。人们在时间点t上，以t时已有的认知域（可见区At），预测未来时间点t + 1上的可见区（At+1），其大小应为At+1= At+ΔAt+1。但是由于时间箭头的原因，一方面人们既无法“知道”未来的ΔAt+1大小，另一方面人们又无法“预知”时空中由于各种因素变化导致的ΔAt+1的变化，因此人们在t时只能以其当前的预测值ΔAt来代替ΔAt+1，即ΔAt+1=ΔAt，结果导致也只能以At+1代替At+1，而At+1= At+ΔAt+1= At+ΔAt。但是实际上，ΔAt+1=ΔAt+1+ ε =ΔAt+ ε，因此，At+1= At+ΔAt+1= At+ΔAt+1+ ε = At+ΔAt+1+ ε，所以At+1= At+1+ ε，这就使人们在时间点t上，很难准确预测事物在时间点t + 1时的变化了。

上面的结论，也能得到相关科学理论的支持。量子引力论的研究指出，在时空中存在的引力，会引起物体运动的轨迹改变。系统论告诉我们，系统中子系统的变化也会引起其他子系统的变化以及整体系统的变化。热力学第二定律又使我们认识到，事情总是随着时间箭头的方向，向着更复杂的方向变化。而量子力学证实了未来的发展存在着不确定性。这些因素都会引起时空锥增长的轨迹出现不规则的变化，从而也会引起图5中的At+1≠At+1。

综上讨论，我们可以将时空锥理论概括为：时空中的每一种事物，都具有其相对应的时空位置，并沿着时间箭头的方向变化。人们对其发生、存在和发展规律的认知域，存在着渐进性和增长性，从而使人们对其的认知域形成一个敞口与时间箭头一致的时空锥。人们由此能够回溯过去，也可以预期未来，但是对未来的预期并不一定等于未来。

图5 未来的不确定性Fig.5 The uncertainty of the future

5 时空锥理论的应用

笔者为验证时空锥理论的科学性，将时空锥理论应用于土地科学多方面的研究之中，目前已成功完成了采用时空锥理论开展规划机理、多规冲突与多规融合机理、土地科学产生及演进规律等多方面的研究。

5.1 有关规划机理的研究

假设图6中的圆柱体，表示人们在t时对规划的认知域，此时的“可见区”为At。如果在t时，人们计划做t + 1时的规划，则会产生一个“不可预见区”At+1。

笔者在图6中建立一个t + 1时的时空锥，形成图7。根据时空锥理论，人们会发现在t时研究t + 1的规划时，在其认知域时空锥上，存在着“不可见区”、“不可预见区”和“半可见区”，详见图5所示。由此，决定了规划的本质，就是针对确定的未来时间点t + 1上的事物不可预见性的变化，做出确定的引导性计划或安排。但是由于时空锥理论已经证明了从t时预测t + 1的未来变化时，人们对t + 1规划的认知域中存在着一个不可控的误差变量ε，结果必然导致At+1≠At+1。这既是规划始终存在着自身矛盾性（比如确定性与不确定性、刚性与弹性等）的根本原因，也是人们研究规划的重要方向和内容。即，人们开展规划的目的和方向，都是试图用对规划的确定性认知，去克服对规划不确定性的认知，从而引导事物向人们所期望的未来方向去发展。

图6 时间点t时的规划认知域和不可预见区Fig.6 The cognitive domain and unpredictable area of planning in the time t

图7 时间点t+1时的规划时空锥Fig.7 The spatiotemporal cone of planning in the time t+1

5.2 多规冲突与多规融合机理研究

多规冲突与多规融合的机理是相同的。笔者先假设图8中的时空锥是一个被人们认为“正确”的规划认知时空锥。但是，由于存在多种规划，人们基于各种原因，对各自研制的不同规划的目标与“正确”的规划目标，在时空系统中产生了认知域的位移，从而导致多种规划在同一时空系统中形成多个相对位置不同的时空锥，如图9所示。而这种在时空系统中由多种规划形成多个发生位移的时空锥的结果，必然表现出多种规划间的冲突性。而多规融合的本质，就是要通过多种规划的协同调整，将各自规划的时空锥，逐步靠近“正确”规划的时空锥，消除人们对规划认知域的差异，形成多规相同或相近的认知域，从而实现多规的相融。

图8 “正确”规划的时空锥Fig.8 The “correct” the spatiotemporal cone of planning

图9 多种规划冲突的本质Fig.9 The nature of the multi-planning conficts

5.3 土地科学演进研究

土地科学作为一门科学，它是一门研究解决什么问题的科学？它是如何产生的？未来它将如何发展？在已经过去了的30多年的时间里，土地科学界仍然没有能清楚的回答这些问题，导致直到今天土地科学界仍然不能将主要注意力集中于构建其科学的理论体系、逻辑框架和话语体系上，“引致土地科学学科体系构建的困难，导致目前有关土地科学学科发展方向的混乱和矛盾。”[10]造成这一窘境的主要原因就在于缺乏有效的认识论和方法论。

时空锥理论给人们提供了一种能够研究回答上述问题的认识论和方法论。

很多学者的研究早已指出，人类有关土地的利用及其知识体系，包括两大类。即，“土地利用包括土地生产性利用和非生产性利用。土地生产性利用，亦称直接利用，是把土地作为主要生产资料、劳动对象，以生产生物产品或矿物为主要目的的利用。土地的非生产性利用，亦称间接利用，主要利用土地空间和承载力，作为各种建（构）筑物的基础、场所、不以生产生物物品为主要目的利用”[11]。与此对应的，也就形成了两类有关土地利用的知识体系，第一类是有关“怎么具体利用土地”（即生产性利用土地）的知识体系，第二类是有关“怎么保障开展具体利用土地活动”（即非生产性利用土地）的知识体系。土地科学属于后者，即“怎么保障开展具体利用土地活动”的知识[1，12]。下面笔者给出具体的证明。

根据时空锥理论，人们很容易理解，在时空系统中，沿着时间箭头的方向上，土地科学的发生和发展，与其他相关学科的发生和发展，都是不同的，具有各自独立的时空锥。这也是其作为一门独立学科所具有的必然性和必须性的基础与条件。因此，借助时空锥理论，笔者在图10中建立了土地科学知识体系与其他生产性利用土地的科学知识体系的两个时空锥。

图10 土地科学演进时空锥Fig.10 The spatiotemporal cone of land science evolution

在图10中，时间箭头由左向右，上面的时空锥表示的是生产性利用土地的科学知识体系时空锥的演进，下面的时空锥表现的是土地科学知识体系时空锥的演进。在时间箭头方向上，从宏观视野上看，有三个重要的人地关系时间点，笔者分别对应选择了三张能够反映三个重要时间点差异的图片，分别表达人地关系的三种特殊状态：人少地多的状态、人地关系平衡的状态和人多地少矛盾突出的状态。

在第一个时间点上（人地关系临界点1），反映出人类最初登上土地之时，人少地多，土地予用予取，影响人们生存和发展的主要矛盾是把土地作为一种生产资料、劳动对象的前提下，如何开展生产性利用土地活动的问题。因此，从这一时刻起，人类就需要并开始出现了有关“生产性利用土地”的知识，其认知时空锥开始出现并逐渐增长，最终逐步发展成为诸如农学、林学、畜牧学、建筑学、采矿学等一系列生产性利用土地的科学。由于从这一时间点开始到第二个时间点（人地关系临界点2）的区间中，人地关系长期都没有成为阻碍人类开展各种土地利用活动的主要因素，因此一直没有产生需要建立有关调整人地关系的非生产性利用土地知识体系的土壤。直到接近第二个时间点（人地关系临界点2）时，随着长期人口的增殖，在确定的局部区域内，肥沃和适宜人类利用的土地数量，逐渐开始难以满足越来越多的人们开展各种利用土地活动的需要，人们开始发现人地关系在确定的局部区域内已成为影响人们开展生产性利用土地活动的一个主要因素，并逐渐成为钳制人们开展各种土地利用活动的阻碍因素。而其中对确定的局部区域起着决定性制约作用的，是确定这一局部土地区域空间及其空间利用权利边界的地籍，它不仅规定了确定局部区域土地空间的边界，也规定了人们在这一特殊土地空间上开展各种土地利用活动的权利边界，从而从根本上规范了人们开展各种土地利用活动的关系。在这样的一个演进过程中，人们逐渐认识到化解人地关系的影响，需要建立一种能够保证人们有序、有效地开展各类生产性土地利用活动及其他各类土地利用活动秩序和方法的知识体系。而地籍正是这样一种具有特殊功能的独特的知识体系和技术方法，为人类提供了一种能够通过土地权籍而有效调整人们开展各类土地利用活动关系的知识体系和方法，由此才开始出现了以土地权籍为核心的能够有效调整人地关系，实际上是调整人们开展土地利用活动关系的土地科学，有关土地科学知识体系的时空锥也才开始出现（图10中人地关系临界点2），并随后开始沿着时间箭头的方向不断发展完善。

由上面的分析可以清楚确认：（1）土地科学不属于生产性利用土地的知识体系，而是一种非生产性利用土地的知识体系；（2）土地科学发生和出现的直接原因，是人多地少引出的人们开展土地利用活动的权利关系的各种矛盾；（3）土地科学的出现大大晚于其他生产性利用土地的科学和技术；（4）针对人地关系及其之上的人们开展土地利用活动的权利关系的矛盾而产生并逐渐完善起来的土地权籍理论，为化解人地关系矛盾、规范人们开展土地利用活动的关系，提供了唯一的一种有效的科学理论和技术，成为全面调整土地利用关系、组织土地利用生产活动的土地科学所独有的核心理论和基础，从而使土地科学成为人类不可或缺的一门不能被其他知识体系所替代的客观存在的科学体系。因此，上面4条结论又进一步证明了土地科学的逻辑起点是为解决这些矛盾而出现的地籍。

从第二个时间点（人地关系临界点2）接近第三个时间点（人地关系临界点3）时，意味着人地关系在局部区域内已达到了十分严重的程度，成为阻碍人们实现可持续发展的重要因素。从直接生产性利用土地的方面看，在土地外延广度开发受限的条件下，开始需要借助土地科学的相关理论和技术，提高土地利用强度和效率；从土地科学的角度看，也开始需要借助其他自然科学、工程技术等多种知识和方法，开展土地的深度开发，扩大土地的有效供应。在沿着时间箭头的方向上，无论是土地科学，还是其他相关科学，在面临变得越来越复杂的土地利用关系和越来越紧缺的土地资源条件下，一方面都面临着理论深化和技术升级的要求，越来越多的问题已不能单纯依靠原有的理论和技术来解决，需要相互学习和借鉴；另一方面，也面临着越来越多的新问题、新困难，需要不断研究和不断解决，从而导致出现了土地科学时空锥与其他相关学科时空锥的不断增长和扩张，使得土地科学时空锥与其他相关科学的时空锥出现了相互靠近和相互交叉的情况，不仅引起了大量科学的交叉现象，而且也大大提升了土地科学对于土地时空系统的认识、开发和供应的水平，发展壮大了土地科学。由于土地问题是人类生存和可持续发展不可或缺的核心要素，人类社会的存在又必然带来有关人们在有限的土地之上，如何有序有效地开展各种土地利用活动的问题，而实现这一目标又不可或缺土地科学这一客观存在且不可被替代的知识体系，因此从宏观角度看，土地科学未来的发展趋势还将会变得更强。

6 研究结论

（1）时空锥理论，最初是笔者针对研究和解决土地科学多项重大基础理论难题而提出的，后经逐步研究深化和完善，最终形成的一个系统理论。其理论基础是广义相对论、系统论、量子力学和量子引力学等科学理论。其基本原理是，任何一种事物都存在于一个时空系统之中，具有其相对应的时空位置，并沿着时间箭头的方向而变化。人们对其发生、存在和发展规律的认知域，存在着渐进性和增长性，从而使人们对其认知域在时空系统中形成了一个敞口与时间箭头方向相一致的时空锥，反映了这一事物发生和发展及其人们对其发生和发展规律的认知过程。时空锥理论的主要内容可以概括为：①人们对任何一种事物的发生、存在和发展的认知，都存在着渐进性和增长性；②时空锥始终存在着 “不可见区”、“不可预见区”和“半可见区”；③时空锥始终存在着时间箭头方向上的增长性，导致“不可见区”逐渐进入时空锥、“半可见区”逐渐得到完全认知、“不可预见区”逐渐成为“可见区”；④在时空锥的增长中，人们始终不能确定性地指出任意事物在未来确定时点上的准确变化。

（2）时空锥理论还是一种有关人们认识和研究普遍事物发生、存在和发展规律的科学认识论和方法论。时空锥理论从提出到完善，其过程也验证了时空锥理论的科学性。笔者从开展土地科学重大基础理论研究之初，首先提出了土地科学学科发展时空锥模型和原理，在尔后历经两年多的时间里，初步完成了土地科学发展时空锥模型和原理——土地科学发展时空锥理论——时空锥理论的系统研究工作，并进行了时空锥理论的验证工作，不仅验证了时空锥理论的科学性，也成功完成了其他多方面的研究，获得了多项突破性的研究成果。这些研究实践，证明了时空锥理论既是客观认识事物发展的一种科学的认识论，也是研究事物客观发展规律的一种科学的方法论。

（References）:

［1］ 冯广京：土地科学学科独立性研究——兼论土地科学学科体系研究思路与框架［J］ . 中国土地科学，2015，29（1）：20 - 33.

［2］ 冯广京. 土地科学学科独立性及学科体系研究框架［M］ . 北京：中国社会科学出版社，2015.

［3］ 冯广京等. 中国土地科学学科建设研究［M］ . 北京：中国社会科学出版社，2015.

［4］ 冯广京. 土地科学发展时空锥及土地科学学科演进研究［J］ . 中国土地科学，2016，30（1）：23-31.

［5］ 张衍毓，陈美景. 国土空间系统认知理论与规划改革构想［J］ . 中国土地科学，2016，30（2）：1 - 21.

［6］ 张衍毓，郭旭东，陈美景. 土地系统多级综合观测研究网络建设框架［J］ . 中国土地科学，2016，30（7）：4 - 13.

［7］ 史蒂芬·霍金（Stephen Hawking）. 许明贤，吴忠超，译. 时间简史（插图版）（The Illustrated a Brief History of Time a Brief History of Time）［M］ . 长沙：湖南科学技术出版社，2002：34.

［8］ 同上：184 - 185.

［9］ 同上：44.

［10］ 冯广京. 关于土地科学学科视角下“土地 （系统）”定义的讨论［J］ . 中国土地科学，2015，29（12）：1 - 10.

［11］ 马克伟主编. 土地大辞典［M］ . 长春： 长春出版社，1991：846.

［12］ 冯广京. 土地科学学科独立性及学科体系研究框架［M］ . 北京：中国社会科学出版社，2015：2 - 4，111 - 113.

（本文责编：陈美景）

Study on the Spatiotemporal Cone Theory

FENG Guang-jing
（China Land Surveying and Planning Institute, Beijing100035, China）

The purpose of this paper is to propose the spatiotemporal cone theory and test its scientificity. The methods used are as follows: according to the relevant theories and methods i.e., the general relativity theory, the systematic theory and the quantum mechanics and quantum gravity theory, and based on the land science development spatiotemporal cone theory put forward by the author in 2014, the spatiotemporal cone theory was further proposed. The results show that: 1）the four contents of land science development spatiotemporal cone theory were improved. 2）the spatiotemporal cone theory were proposed with the key points containing that any kind of object exists in a time-spatial system with its corresponding position, and it changes along with the direction of the arrow of time. There is a progressive and growth in the cognitive domain about the occurrence, existence and development regularity of objects, so that the cognitive domain formed a spatiotemporal cone which is consistent with the direction of arrow of time in a specific time-spatial system, reflecting the law of occurrence and development of objects and humankinds’ cognitive process. 3）Due to the application of the spatiotemporal cone theory, a series of land science basic theory research has been accomplished. Notonly a number of breakthrough research results were obtained, but also the scientificity of spatiotemporal cone theory is ascertained. In conclusion, the spatiotemporal cone theory is a kind of scientific epistemology and methodology, which can be used to perceive the law of existence and development in nature.

land science; basic theory; spatiotemporal cone theory; spatiotemporal system; the arrow of time; systematic theory

F301，B802，C03，N03，C93-03

A

1001-8158（2017）04-0022-11

10.11994/zgtdkx.20170330.133725

2017-02-21；

2017-03-30

国土资源事业费项目“土地学科进展与土地科学前沿问题研究”（TD161602-01）；中国科协精品期刊工程项目学术质量提升项目（2015K JQK003-1）。

冯广京（1957-），男，山西阳泉人，研究员。主要研究方向为土地经济与政策、土地科学基础理论。E-mail: fenggj@139.com