時空錐理論研究

馮廣京

（中國土地勘測規劃院，北京 100035）

時空錐理論研究

馮廣京

（中國土地勘測規劃院，北京 100035）

研究目的：研究提出時空錐理論并驗證其理論的科學性。研究方法：根據廣義相對論、系統論、量子力學和量子引力學的有關理論和方法，在總結完善筆者2014年提出的土地科學發展時空錐理論的基礎上，進一步研究提出時空錐理論。研究結果：（1）補充完善了土地科學發展時空錐理論的4項內容。（2）提出了時空錐理論，其主要內容可以概括為：任何一種事物都存在于一個時空系統之中，具有其相對應的時空位置，并沿著時間箭頭的方向而變化。人們對其發生、存在和發展規律的認知域，存在著漸進性和增長性，從而使人們對其的認知域在時空系統中形成了一個敞口與時間箭頭方向相一致的時空錐，反映了這一事物發生和發展的客觀規律性及其人們對其發生和發展規律性的認知過程。（3）應用時空錐理論，成功完成了多項土地科學基礎理論的研究工作，不僅取得了多項突破性的研究成果，而且也驗證了時空錐理論的科學性。研究結論：時空錐理論是人們認識和研究事物發生、存在和發展規律的一種科學的認識論和方法論。

土地科學；基礎理論；時空錐理論；時空系統；時間箭頭；系統論

1 引言

筆者在2014年開展土地科學基礎理論的研究中，首次提出并應用土地科學發展時空錐模型及其理論[1]，成功完成了多項開拓性的首創研究，比如提出了“人地權”三位一體理論和人地關系權籍時空系統理論；建立了土地科學三維空間研究域模型；論證了土地權籍理論是土地科學不可被替代的核心理論；構建了土地科學核心理論軸模型及其理論體系和邏輯框架；證明了土地科學的學科獨立性；揭示了土地科學的演進規律和學科交叉的驅動力等[1-4]。爾后，筆者先后在十多所大學和多次全國性學術會議上，介紹并討論了土地科學發展時空錐理論及其應用的研究進展和成果。這一理論也被同行成功地應用于相關方面的研究中[5-6]。經過兩年多的時間，筆者完成了土地科學發展時空錐理論的完善工作，并進一步提出了具有普適性的時空錐理論。本文將在介紹土地科學發展時空錐理論補充完善內容的基礎上，重點研究提出時空錐理論并介紹將其應用于規劃機理、多規沖突與多規融合機理、土地科學產生及演進方面的研究成果。

2 時空錐理論的基礎

2.1 時間箭頭

人們將時間及其方向性稱為時間箭頭。為什么研究時間箭頭呢？這是因為廣義相對論的出現，使人們認識到，“時間不能完全脫離和獨立于空間，而必須和空間結合在一起形成所謂的時空的客體。”[7]現代科學已經證明，時間不是絕對的，而是相對的，因此時間也就具有了方向性，并把時間分成了過去、現在和未來。時間箭頭的方向就是時間的方向，因而也決定了時空的方向性。這就決定了人類研究事物的發展規律，一方面要從時空的角度開展系統的研究，另一方面又要沿著時間箭頭的方向開展研究。因次，時間箭頭是人們研究事物客觀發展規律的一個十分關鍵和重要的因素，也是時空錐理論的重要基礎。

時空對于人類的意義在于，空間定義了事物發生、存在和發展的相對位置，而時間及其方向則指出了事物發展的方向及其發展變化的刻度。很顯然，時間箭頭的方向應當和事物發展的客觀方向相一致。

現代科學研究已證明，在人類可知的時空中，至少存在三種決定事物發展方向的時間箭頭[8]，第一個是熱力學的時間箭頭。按照熱力學第二定律的定義，一個孤立系統的熵總是增加的，并且將兩個系統連接在一起時，其合并系統的熵大于所有單獨系統熵的總和。簡單理解，就是在任何閉合系統中的無序度或熵總是隨著時間而增加的，這意味著事情總是隨著時間的方向，向著更復雜的方向變化而不是相反。第二個是心理學的時間箭頭。心理學的時間箭頭總是讓人們能夠感覺到時間流逝的方向，即總是讓人們能夠記憶過去的事情而不能記憶未來的事情。這就使心理學的時間箭頭總是從現在指向未來的方向，而不是相反的方向，從而使事情總是沿著時間箭頭的方向發展，導致事情的發展總是趨于復雜性和不確定性。由此可以看出，心理學的時間箭頭與熱力學的時間箭頭的方向也是一致的，都是時間箭頭的方向。第三個是宇宙學的時間箭頭。宇宙學的研究證明，沿著宇宙學時間箭頭的方向，宇宙是由膨脹走向收縮的方向，而不是相反。而這一方向既與熱力學箭頭的方向相一致，也與心理學箭頭的方向相一致。這三個時間箭頭的存在，使得事物的發展也存在著客觀的方向性，即：事物發展的方向總是從現在到未來，而人們卻只能記憶過去而不能記憶未來，由此決定了事物未來的發展具有方向不可逆、狀態趨復雜、結果不確定的特點，從而深刻影響了人類的生存和發展、思維和行動。

2.2 時空系統

世界是一個時空系統，任何事物都存在于這一時空系統之中，并隨著時間箭頭走向未來。在當代科學認知水平的條件下，可見、可利用的時空系統是一個由一維時間和三維空間構成的四維時空（圖1）。為什么是是四維而不是更多或更少維的時空以及四維時空是如何形成的？筆者已在《土地科學發展時空錐及土地科學學科演進研究》[4]一文中做了解釋，本文不再贅述。

圖1 四維時空Fig.1 Four-dimensional spacetime

時空系統，對于時空錐理論的研究是非常重要的。基于時間箭頭的作用，筆者將任意時空系統內的部分分為三種時間態：“過去”的時空系統、“現在”的時空系統和“未來”的時空系統。不同時間態階段的時空系統具有不同的特殊性，需要特別重視：

第一，“過去”的時空系統是一個有序的系統。在“過去”的時空系統中，人們可以將任何一個曾經發生過的事物，通過時空系統的四維坐標表達出來，從而使它們在時空系統中發生的位置具有了相對確定性，進而使人們能夠在時空系統中研究任何一個事物的出現和存在的相對確定性，以及它們與其他事物間的關系和影響。

第二，時空系統是一個動態的系統。這一點非常容易理解。時空系統中的每一個事物都是時間的函數，除了第一點中指出的具有出現和存在的位置的相對確定性外，還具有在時空系統中變化的方向性和動態性，導致人們對事物的研究、認知和利用程度都存在著時間方向上的漸進性和困難性。

第三，時空系統是一個復雜的復合系統。系統論和廣義相對論告訴我們，世界既是一個整體的時空系統，也是一個由無數個時空子系統共生共存的復合系統。在整個時空系統中，各個時空子系統間都存在著相互影響、相互作用的關系。這導致了研究時空系統關系的復雜性：（1）單個子系統的優化，不僅受其系統自身內部結構和因素變化的直接影響，而且還會受到其他子系統變化的間接影響，同時還在同樣影響著其他子系統；（2）單個子系統內部結構和因素的變化，不僅會直接影響其系統自身的發展，還會通過影響其他子系統變化的方式，反過來再影響其自身系統的發展；（3）單個子系統的最優化，并不一定能夠導致更大系統的最優化，因此單個子系統的優化需要以整體系統的優化為前提。

第四，“未來”的時空系統是一個存在不確定性的系統。量子力學和量子引力學的發展，為人們認識事物的發展提供了一個重要的認識論：在事物發展的進程中，存在著不可避免的非預見性或偶然性，即不確定性原理。在時空系統中，“空間和時間變成為動力量：當一個物體運動時，或一個力起作用時，它影響了空間和時間的曲率；反過來，時空的結構影響了物體運動和力作用的方式。”[9]這使得空間和時間不僅去影響時空系統中發生的每一件事情，而且反過來時空系統中發生的每一件事情還都會影響時空系統的變化。這種復雜性，導致了“未來”的時空系統及其中具體事物的發展，存在著可能的突變性和不確定性，而且由這種不確定性導致的結果，由于時間箭頭的作用是不可逆的。

綜上，時空系統是人們認知事物發生、存在和發展規律的重要平臺和工具，時空系統具有的多項特殊重要性，也是筆者研究時空錐理論的基礎和根據。

3 土地科學發展時空錐理論

土地科學發展時空錐理論提出于2014年底[1]，完成于2016年[4]。由于主要內容，筆者都已發表在《土地科學發展時空錐及土地科學學科演進研究》一文中，本文將主要介紹土地科學發展時空錐理論研究后續補充完善的內容，其他有關的內容請參考本文的文獻［4］。

3.1 模型

土地科學發展時空錐模型（圖2），是土地科學及其學科研究域發生和發展的事實和內在規律的一種客觀反映和描述，能夠幫助人們深刻認識和科學研究土地科學學科的本質特征、內涵和屬性以及學科演進等方面的重要問題，也是筆者研究提出土地科學三維空間研究域的基礎[1-4]。

3.2 理論內容

（1）在土地科學發展中，在其發展時空錐外部，始終存在著“不可見區”（圖2），受到科學認知的局限，在每個時間點上的“不可見區”內，都存在著未能被全部認知和因此不能被解決的問題，需要逐漸認知和解決；在其內部，受科學技術發展的局限，在每個時間點上的可見區內，也始終存在著一部分尚難以完全解決的問題，有待科學技術的突破或發展。

圖2 土地科學發展時空錐Fig.2 The spatiotemporal cone of land science development

（2）土地科學是一門不斷向上和向外擴張發展的系統綜合性交叉科學，其向上擴張的驅動力源自于其內生的滿足人類的可持續發展要求，由其核心理論軸（由土地權籍、土地租價和土地可持續利用核心理論構成）的時空發展邏輯和理論體系所決定；向外圍擴張的驅動力主要源自于土地問題的日益復雜性和土地對人類可持續發展約束的日益嚴重性。

（3）土地科學始終存在著對未來發展的不確定性和確定性的矛盾，也一直存在對業已出現的疑難問題的認知障礙和必須解決的要求，使得土地科學發展的主要方向是用著眼于未來的可持續發展，來校正當前的研究和實踐；用著眼于以土地科學的邏輯框架和理論體系，來發現和研究并解決當前認知人地關系的局限和調整人地關系的困難。

（4）土地科學是一門復雜的系統科學，內部存在縱向的邏輯層級、橫向的邏輯分區，相互影響和制約。由于其內生的擴張性，也導致了在其外部存在日益增多的多領域多學科的交叉和擴張；而這種交叉和擴張，主要都是圍繞土地科學的核心研究域而展開的，客觀上又逐漸發展壯大了土地科學。

4 時空錐理論

4.1 研究背景

土地科學發展時空錐理論對于土地科學學科建設研究而言是十分重要的。土地科學是一門客觀存在的知識體系[1-4]，通俗地說，土地科學就是一門客觀存在的科學。但是，它是因為什么重要到不可被人類忽視的客觀存在的問題而出現并發展的？它有沒有一套能夠有效解決這一客觀存在的問題且不能被其他科學所替代的完整的知識體系？土地科學的知識體系是如何形成的并將如何發展？等等諸如此類關系土地科學發展的重大而關鍵的問題，必須逐一回答和證明。而土地科學發展時空錐理論不僅能夠，而且事實上也非常好地完成了這一任務[1-4]。

土地科學發展時空錐理論能否更廣泛地應用于其他方面的研究呢？為了提升其普適性，筆者做了大量的后續研究和完善，最終提出了時空錐理論，并成功地指導張衍毓副研究員將時空錐理論應用于有關規劃橫向沖突機理的一部分研究之中[5]。爾后，筆者在后來一年的時間里，開展了將時空錐理論應用于更多方面研究的驗證工作，都取得了成功。

4.2 原理

時空錐理論，既是認識事物客觀發展規律性的一種認識論，也是研究事物客觀發展規律性的一種方法論。

如果人們將事物看作是一種物質存在的話，那么任何一種事物都存在于一個時空系統之中，且隨著時空系統中時間箭頭的方向而變化。人們對這種事物在時空系統中變化的認識，也在時空系統中形成了一個對這種事物客觀發展的認知域。人們對任何一種事物在時空系統中發生變化的認知所形成的認知域，呈現出一種普遍的規律性，即跟隨時空系統中時間箭頭的增長，人們對任何一種事物內、外部矛盾性的認知也會逐漸增多和擴大，使得人們在時空系統中對這一事物的認知域也會相應擴大，必然引起人們對這一事物發展的認知域的邊界也隨之外擴。人們對時空系統中，沿著時間箭頭方向發生變化的任何一種事物的認知域的增長過程，就構成了一個在時空系統中敞口與時間箭頭方向相一致的近似圓錐體（圖3），筆者稱其為時空錐，而反映這一時空錐形成、演進機理及其特殊性的規律，就形成了時空錐理論。

圖3 時空錐的形成Fig.3 The formation of spatiotemporal cone

4.3 理論內容

時空錐理論主要包括以下內容：

（1）時空錐是人們在認知時空系統中的事物發生、存在和發展規律的過程中形成的。由于時間箭頭的作用，人們對于任何一種事物的發生、存在和發展的認知，都存在著一種漸進增多和加深的過程，導致在時空系統中沿著時間箭頭的方向，形成了一個相對應的敞口與時間箭頭方向相一致的近似圓錐體的認知域（圖3），構成了這一事物的認知域時空錐。

（2）在沿著時間箭頭的方向上，任意時間點t上，相對于未來任意時間點t + 1而言，在時空錐的外部，存在著人類有待認知的“不可見區”ΔAt，如圖4所示；在時空錐的上部，存在著人類不能準確預測的“不可預見區”At+1，其大小為：At+1= At+ΔAt+1；在時空錐內部的可見區中，也始終存在著人類尚難以完全認知的“半可見區”A′t，存在于圖4中At的圓形區域中，其大小由t時的科學認知和技術水平所決定。由此，導致了時空錐內部結構的復雜性，即其內部不僅存在著縱向的邏輯層級，也存在著橫向的邏輯分區。

（3）在沿著時間箭頭的方向上，時空錐始終存在著增長性，其增長的驅動力主要來自于人們對時空錐內、外部矛盾性的不斷求知。這種增長性，導致了時空錐在當前時間點t上的一部分“不可見區”，將在下一時間點t + 1前，逐漸進入時空錐的內部；也導致了在時空錐當前時間點t上的一部分“半可見區”將逐漸得到完全的認知、“不可預見區”將逐漸進入“可見區”。

（4）在時空錐的增長中，人們始終存在著對任何一種事物未來發展的認知上的不確定性，導致在當前時間點t上，人們無法確定性地指出任何一種事物在未來某一確定的時間點t + 1上的準確變化。

圖4 時空錐分析Fig.4 Analysis of the spatiotemporal cone

為什么無法確定事物在未來時間點上的準確變化呢？圖5給出了其原因。人們在時間點t上，以t時已有的認知域（可見區At），預測未來時間點t + 1上的可見區（At+1），其大小應為At+1= At+ΔAt+1。但是由于時間箭頭的原因，一方面人們既無法“知道”未來的ΔAt+1大小，另一方面人們又無法“預知”時空中由于各種因素變化導致的ΔAt+1的變化，因此人們在t時只能以其當前的預測值ΔAt來代替ΔAt+1，即ΔAt+1=ΔAt，結果導致也只能以At+1代替At+1，而At+1= At+ΔAt+1= At+ΔAt。但是實際上，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，這就使人們在時間點t上，很難準確預測事物在時間點t + 1時的變化了。

上面的結論，也能得到相關科學理論的支持。量子引力論的研究指出，在時空中存在的引力，會引起物體運動的軌跡改變。系統論告訴我們，系統中子系統的變化也會引起其他子系統的變化以及整體系統的變化。熱力學第二定律又使我們認識到，事情總是隨著時間箭頭的方向，向著更復雜的方向變化。而量子力學證實了未來的發展存在著不確定性。這些因素都會引起時空錐增長的軌跡出現不規則的變化，從而也會引起圖5中的At+1≠At+1。

綜上討論，我們可以將時空錐理論概括為：時空中的每一種事物，都具有其相對應的時空位置，并沿著時間箭頭的方向變化。人們對其發生、存在和發展規律的認知域，存在著漸進性和增長性，從而使人們對其的認知域形成一個敞口與時間箭頭一致的時空錐。人們由此能夠回溯過去，也可以預期未來，但是對未來的預期并不一定等于未來。

圖5 未來的不確定性Fig.5 The uncertainty of the future

5 時空錐理論的應用

筆者為驗證時空錐理論的科學性，將時空錐理論應用于土地科學多方面的研究之中，目前已成功完成了采用時空錐理論開展規劃機理、多規沖突與多規融合機理、土地科學產生及演進規律等多方面的研究。

5.1 有關規劃機理的研究

假設圖6中的圓柱體，表示人們在t時對規劃的認知域，此時的“可見區”為At。如果在t時，人們計劃做t + 1時的規劃，則會產生一個“不可預見區”At+1。

筆者在圖6中建立一個t + 1時的時空錐，形成圖7。根據時空錐理論，人們會發現在t時研究t + 1的規劃時，在其認知域時空錐上，存在著“不可見區”、“不可預見區”和“半可見區”，詳見圖5所示。由此，決定了規劃的本質，就是針對確定的未來時間點t + 1上的事物不可預見性的變化，做出確定的引導性計劃或安排。但是由于時空錐理論已經證明了從t時預測t + 1的未來變化時，人們對t + 1規劃的認知域中存在著一個不可控的誤差變量ε，結果必然導致At+1≠At+1。這既是規劃始終存在著自身矛盾性（比如確定性與不確定性、剛性與彈性等）的根本原因，也是人們研究規劃的重要方向和內容。即，人們開展規劃的目的和方向，都是試圖用對規劃的確定性認知，去克服對規劃不確定性的認知，從而引導事物向人們所期望的未來方向去發展。

圖6 時間點t時的規劃認知域和不可預見區Fig.6 The cognitive domain and unpredictable area of planning in the time t

圖7 時間點t+1時的規劃時空錐Fig.7 The spatiotemporal cone of planning in the time t+1

5.2 多規沖突與多規融合機理研究

多規沖突與多規融合的機理是相同的。筆者先假設圖8中的時空錐是一個被人們認為“正確”的規劃認知時空錐。但是，由于存在多種規劃，人們基于各種原因，對各自研制的不同規劃的目標與“正確”的規劃目標，在時空系統中產生了認知域的位移，從而導致多種規劃在同一時空系統中形成多個相對位置不同的時空錐，如圖9所示。而這種在時空系統中由多種規劃形成多個發生位移的時空錐的結果，必然表現出多種規劃間的沖突性。而多規融合的本質，就是要通過多種規劃的協同調整，將各自規劃的時空錐，逐步靠近“正確”規劃的時空錐，消除人們對規劃認知域的差異，形成多規相同或相近的認知域，從而實現多規的相融。

圖8 “正確”規劃的時空錐Fig.8 The “correct” the spatiotemporal cone of planning

圖9 多種規劃沖突的本質Fig.9 The nature of the multi-planning conficts

5.3 土地科學演進研究

土地科學作為一門科學，它是一門研究解決什么問題的科學？它是如何產生的？未來它將如何發展？在已經過去了的30多年的時間里，土地科學界仍然沒有能清楚的回答這些問題，導致直到今天土地科學界仍然不能將主要注意力集中于構建其科學的理論體系、邏輯框架和話語體系上，“引致土地科學學科體系構建的困難，導致目前有關土地科學學科發展方向的混亂和矛盾。”[10]造成這一窘境的主要原因就在于缺乏有效的認識論和方法論。

時空錐理論給人們提供了一種能夠研究回答上述問題的認識論和方法論。

很多學者的研究早已指出，人類有關土地的利用及其知識體系，包括兩大類。即，“土地利用包括土地生產性利用和非生產性利用。土地生產性利用，亦稱直接利用，是把土地作為主要生產資料、勞動對象，以生產生物產品或礦物為主要目的的利用。土地的非生產性利用，亦稱間接利用，主要利用土地空間和承載力，作為各種建（構）筑物的基礎、場所、不以生產生物物品為主要目的利用”[11]。與此對應的，也就形成了兩類有關土地利用的知識體系，第一類是有關“怎么具體利用土地”（即生產性利用土地）的知識體系，第二類是有關“怎么保障開展具體利用土地活動”（即非生產性利用土地）的知識體系。土地科學屬于后者，即“怎么保障開展具體利用土地活動”的知識[1，12]。下面筆者給出具體的證明。

根據時空錐理論，人們很容易理解，在時空系統中，沿著時間箭頭的方向上，土地科學的發生和發展，與其他相關學科的發生和發展，都是不同的，具有各自獨立的時空錐。這也是其作為一門獨立學科所具有的必然性和必須性的基礎與條件。因此，借助時空錐理論，筆者在圖10中建立了土地科學知識體系與其他生產性利用土地的科學知識體系的兩個時空錐。

圖10 土地科學演進時空錐Fig.10 The spatiotemporal cone of land science evolution

在圖10中，時間箭頭由左向右，上面的時空錐表示的是生產性利用土地的科學知識體系時空錐的演進，下面的時空錐表現的是土地科學知識體系時空錐的演進。在時間箭頭方向上，從宏觀視野上看，有三個重要的人地關系時間點，筆者分別對應選擇了三張能夠反映三個重要時間點差異的圖片，分別表達人地關系的三種特殊狀態：人少地多的狀態、人地關系平衡的狀態和人多地少矛盾突出的狀態。

在第一個時間點上（人地關系臨界點1），反映出人類最初登上土地之時，人少地多，土地予用予取，影響人們生存和發展的主要矛盾是把土地作為一種生產資料、勞動對象的前提下，如何開展生產性利用土地活動的問題。因此，從這一時刻起，人類就需要并開始出現了有關“生產性利用土地”的知識，其認知時空錐開始出現并逐漸增長，最終逐步發展成為諸如農學、林學、畜牧學、建筑學、采礦學等一系列生產性利用土地的科學。由于從這一時間點開始到第二個時間點（人地關系臨界點2）的區間中，人地關系長期都沒有成為阻礙人類開展各種土地利用活動的主要因素，因此一直沒有產生需要建立有關調整人地關系的非生產性利用土地知識體系的土壤。直到接近第二個時間點（人地關系臨界點2）時，隨著長期人口的增殖，在確定的局部區域內，肥沃和適宜人類利用的土地數量，逐漸開始難以滿足越來越多的人們開展各種利用土地活動的需要，人們開始發現人地關系在確定的局部區域內已成為影響人們開展生產性利用土地活動的一個主要因素，并逐漸成為鉗制人們開展各種土地利用活動的阻礙因素。而其中對確定的局部區域起著決定性制約作用的，是確定這一局部土地區域空間及其空間利用權利邊界的地籍，它不僅規定了確定局部區域土地空間的邊界，也規定了人們在這一特殊土地空間上開展各種土地利用活動的權利邊界，從而從根本上規范了人們開展各種土地利用活動的關系。在這樣的一個演進過程中，人們逐漸認識到化解人地關系的影響，需要建立一種能夠保證人們有序、有效地開展各類生產性土地利用活動及其他各類土地利用活動秩序和方法的知識體系。而地籍正是這樣一種具有特殊功能的獨特的知識體系和技術方法，為人類提供了一種能夠通過土地權籍而有效調整人們開展各類土地利用活動關系的知識體系和方法，由此才開始出現了以土地權籍為核心的能夠有效調整人地關系，實際上是調整人們開展土地利用活動關系的土地科學，有關土地科學知識體系的時空錐也才開始出現（圖10中人地關系臨界點2），并隨后開始沿著時間箭頭的方向不斷發展完善。

由上面的分析可以清楚確認：（1）土地科學不屬于生產性利用土地的知識體系，而是一種非生產性利用土地的知識體系；（2）土地科學發生和出現的直接原因，是人多地少引出的人們開展土地利用活動的權利關系的各種矛盾；（3）土地科學的出現大大晚于其他生產性利用土地的科學和技術；（4）針對人地關系及其之上的人們開展土地利用活動的權利關系的矛盾而產生并逐漸完善起來的土地權籍理論，為化解人地關系矛盾、規范人們開展土地利用活動的關系，提供了唯一的一種有效的科學理論和技術，成為全面調整土地利用關系、組織土地利用生產活動的土地科學所獨有的核心理論和基礎，從而使土地科學成為人類不可或缺的一門不能被其他知識體系所替代的客觀存在的科學體系。因此，上面4條結論又進一步證明了土地科學的邏輯起點是為解決這些矛盾而出現的地籍。

從第二個時間點（人地關系臨界點2）接近第三個時間點（人地關系臨界點3）時，意味著人地關系在局部區域內已達到了十分嚴重的程度，成為阻礙人們實現可持續發展的重要因素。從直接生產性利用土地的方面看，在土地外延廣度開發受限的條件下，開始需要借助土地科學的相關理論和技術，提高土地利用強度和效率；從土地科學的角度看，也開始需要借助其他自然科學、工程技術等多種知識和方法，開展土地的深度開發，擴大土地的有效供應。在沿著時間箭頭的方向上，無論是土地科學，還是其他相關科學，在面臨變得越來越復雜的土地利用關系和越來越緊缺的土地資源條件下，一方面都面臨著理論深化和技術升級的要求，越來越多的問題已不能單純依靠原有的理論和技術來解決，需要相互學習和借鑒；另一方面，也面臨著越來越多的新問題、新困難，需要不斷研究和不斷解決，從而導致出現了土地科學時空錐與其他相關學科時空錐的不斷增長和擴張，使得土地科學時空錐與其他相關科學的時空錐出現了相互靠近和相互交叉的情況，不僅引起了大量科學的交叉現象，而且也大大提升了土地科學對于土地時空系統的認識、開發和供應的水平，發展壯大了土地科學。由于土地問題是人類生存和可持續發展不可或缺的核心要素，人類社會的存在又必然帶來有關人們在有限的土地之上，如何有序有效地開展各種土地利用活動的問題，而實現這一目標又不可或缺土地科學這一客觀存在且不可被替代的知識體系，因此從宏觀角度看，土地科學未來的發展趨勢還將會變得更強。

6 研究結論

（1）時空錐理論，最初是筆者針對研究和解決土地科學多項重大基礎理論難題而提出的，后經逐步研究深化和完善，最終形成的一個系統理論。其理論基礎是廣義相對論、系統論、量子力學和量子引力學等科學理論。其基本原理是，任何一種事物都存在于一個時空系統之中，具有其相對應的時空位置，并沿著時間箭頭的方向而變化。人們對其發生、存在和發展規律的認知域，存在著漸進性和增長性，從而使人們對其認知域在時空系統中形成了一個敞口與時間箭頭方向相一致的時空錐，反映了這一事物發生和發展及其人們對其發生和發展規律的認知過程。時空錐理論的主要內容可以概括為：①人們對任何一種事物的發生、存在和發展的認知，都存在著漸進性和增長性；②時空錐始終存在著 “不可見區”、“不可預見區”和“半可見區”；③時空錐始終存在著時間箭頭方向上的增長性，導致“不可見區”逐漸進入時空錐、“半可見區”逐漸得到完全認知、“不可預見區”逐漸成為“可見區”；④在時空錐的增長中，人們始終不能確定性地指出任意事物在未來確定時點上的準確變化。

（2）時空錐理論還是一種有關人們認識和研究普遍事物發生、存在和發展規律的科學認識論和方法論。時空錐理論從提出到完善，其過程也驗證了時空錐理論的科學性。筆者從開展土地科學重大基礎理論研究之初，首先提出了土地科學學科發展時空錐模型和原理，在爾后歷經兩年多的時間里，初步完成了土地科學發展時空錐模型和原理——土地科學發展時空錐理論——時空錐理論的系統研究工作，并進行了時空錐理論的驗證工作，不僅驗證了時空錐理論的科學性，也成功完成了其他多方面的研究，獲得了多項突破性的研究成果。這些研究實踐，證明了時空錐理論既是客觀認識事物發展的一種科學的認識論，也是研究事物客觀發展規律的一種科學的方法論。

（References）:

［1］ 馮廣京：土地科學學科獨立性研究——兼論土地科學學科體系研究思路與框架［J］ . 中國土地科學，2015，29（1）：20 - 33.

［2］ 馮廣京. 土地科學學科獨立性及學科體系研究框架［M］ . 北京：中國社會科學出版社，2015.

［3］ 馮廣京等. 中國土地科學學科建設研究［M］ . 北京：中國社會科學出版社，2015.

［4］ 馮廣京. 土地科學發展時空錐及土地科學學科演進研究［J］ . 中國土地科學，2016，30（1）：23-31.

［5］ 張衍毓，陳美景. 國土空間系統認知理論與規劃改革構想［J］ . 中國土地科學，2016，30（2）：1 - 21.

［6］ 張衍毓，郭旭東，陳美景. 土地系統多級綜合觀測研究網絡建設框架［J］ . 中國土地科學，2016，30（7）：4 - 13.

［7］ 史蒂芬·霍金（Stephen Hawking）. 許明賢，吳忠超，譯. 時間簡史（插圖版）（The Illustrated a Brief History of Time a Brief History of Time）［M］ . 長沙：湖南科學技術出版社，2002：34.

［8］ 同上：184 - 185.

［9］ 同上：44.

［10］ 馮廣京. 關于土地科學學科視角下“土地 （系統）”定義的討論［J］ . 中國土地科學，2015，29（12）：1 - 10.

［11］ 馬克偉主編. 土地大辭典［M］ . 長春： 長春出版社，1991：846.

［12］ 馮廣京. 土地科學學科獨立性及學科體系研究框架［M］ . 北京：中國社會科學出版社，2015：2 - 4，111 - 113.

（本文責編：陳美景）

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

國土資源事業費項目“土地學科進展與土地科學前沿問題研究”（TD161602-01）；中國科協精品期刊工程項目學術質量提升項目（2015K JQK003-1）。

馮廣京（1957-），男，山西陽泉人，研究員。主要研究方向為土地經濟與政策、土地科學基礎理論。E-mail: fenggj@139.com