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愛因斯坦的狹義相對論,建立在兩個基本公設上:一個是狹義相對性原理(狹義協變性原理),另外一個就是光速不變原理。
很多朋友對相對論的前提假設基礎,即光速不可超越這一條難以理解。在他們看來,之所以說光速是宇宙中最快的速度,是因為地球上的科學儀器不夠先進,所以難以測量到超過光速的粒子或者其他超越了光速運行的物體。在他們的腦海中,假設宇宙中已經有無數的粒子早就以遠遠超越了光速做運動且穿行在地球周邊,但是我們根本發現不了。所以,這一部分人的口頭禪就是:科學發現不了的,不代表不存在。
然而,事實並非是他們想像中的那樣。光速不可超越這一描述,依然是牢不可破的真理。真理不以人的豐富的想像力而做出改變。有人曾經和我交流,他說,「人的大腦只能理解低維度的知識,但是不能理解高維度的知識,我相信肯定存在現在科學知識不知道的東西,比如,光速不是宇宙最快的速度。」我對這位先生說;「想像力可以千奇百怪,可以無限的豐富多彩,但是,有價值的想像力是很稀少的。」誠然,民科和哲學家們可以坐在屋子裡冥思苦想,提出一個又一個所謂「突破人類智慧極限」的假設,可是真正有意義、有價值的思想,經得起邏輯和實驗的東西,又有多少呢?愛因斯坦的相對論之所以偉大,在於它不僅僅是對牛頓傳統時空觀的顛覆,而且是因為這一理論經歷住了100多年所有的質疑,而且被無數的嚴密科學實驗所證實。
但是,世界上絕大多數認為「光速理論被推翻了」的朋友,他們並沒有真正的懂得相對論,不能理解為什麼光速是不可超越的。其實,光速不可超越,其正確的描述應該是,宇宙中凡是靜止質量為0的物質,它們的信息傳遞速度是不能超越光速的。這裡面,關鍵詞彙是「信息傳遞」。
我舉一個很簡單的例子,講述一下什麼是信息的傳遞。
比如,小C借了小王1000塊,答應在星期五還錢,但是小C誠信不好,到了期限說下個星期一再還。小王有點不開心,但是忍了。到了星期一,小崔說,再拖到星期五再還。小王氣壞了,認為小C沒有做人的誠信,就催著他儘快還錢。小C流氓氣上來了,對小王耍橫,說,我就是不還錢了,你能把我怎麼樣?小王勃然大怒,馬步一架,上去就是一拳,「啪」的拳頭落在了小C的臉上。在這個過程中,小王的拳頭與小C的臉皮,發生了接觸,所以小C的臉感覺到很痛。這,就是一個信息傳遞的過程,即小王的拳頭對小C的臉部痛感神經之間,清晰的傳達了「痛」的信息。
但是,我們假設小王和小C他們現在已經不是一個星球上的人,之前小王借給小C1000塊,而小C為了躲債,矇混在宇宙飛船之中,成功的躲到了御夫座星系的某一個行星上。好吧,現在小王到了星期五,想起來小C還欠我錢呢,我得向小C索要啊。可是,這小子人在哪裡呢?小王逃出宇宙無敵大哥大,給小崔撥電話,喂喂喂,崔半仙,你在哪裡呢,你小子說今天還我的錢吶。。。但是,大哥大裡面傳來一連串的長聲,嘟~~~嘟~~~嘟~~~就是撥不通哇。
原來,小C溜到了遠離地球很多光年的御夫座星系,小王給小C撥一次電話,小C得很多很多年後才能收到,等小C接通電話(假設他還活著),小王在地球上已經骨灰都找不到了。這就是說,在這個時候,地球上的小王與御夫座星系上的小C,他們兩個人之間即使想說上幾句話,也是要等很多很多年的。小王給小C撥出跨星系的宇宙電話,向小C傳遞「你小子快點還錢」的信息,小C在沒有收到這個電話之前,他是不知道小王已經給自己追債的,所以,小C是沒有接收到來自小王的任何信息的,受制於宇宙空間之曠遠,小王實在沒有辦法在有意義的時間內和小C兩個人之間完成信息的傳遞。
而如果真的宇宙之中存在「超光速」的話,我們就可以利用這一事實研究出超越光速傳遞信息的電話,讓小王和小崔立即通話,這樣,即使小崔躲到宇宙深空,哪怕他距離地球有幾百萬光年的遙遠,小王也有機會向小崔追債。
現在科學界已經通過科學實驗證實了量子力學中的「量子糾纏」現象的成立,一對糾纏粒子可以無視空間距離,在一瞬間同時發生改變。原理上,量子糾纏的速度是無限大,可以說遠遠超越了光速。那麼,量子糾纏可以超越光速傳遞信息嗎?答案是:不能。因為在於,研究發現我們無法精確的去控制量子糾纏,一旦我們試圖去控制,就會對量子糾纏發生幹涉,這會造成糾纏現象的立即中斷。既然是無法控制,所以不能按照我們人類的意願去幹涉它們,這也說明信息傳遞是失效的。所以,量子糾纏雖然是成立的,但是依然不能超光速傳遞信息。
那麼,過去的一些新聞報導之中,說天文學家通過觀測發現了某些宇宙邊緣的星系正在「以超越光速運行」,則「證明了超光速現象在宇宙之中無處不在」,這一說法正確嗎?
在以上,我們已經舉例子闡述了光速不可超越指的是信息不能以超光速傳遞。在這個「超光速運行的星系」的案例中,也是可以具體分析的。
我們之所以觀測到某些星系在以「超光速」遠離我們,是因為星系是運動的物質,而宇宙在加速膨脹。請注意,宇宙的膨脹,不是物質在膨脹,否則原子的尺寸也會不斷膨脹,而是宇宙空間在膨脹。宇宙空間不是通常意義上的物質,所以空間本身是不能傳遞信息的。無論宇宙空間膨脹到多大,都是沒有任何意義的,因為不能傳遞信息。這些所謂的「超光速運行的星系」,無論它們與我們地球之間的分開速度有多大,哪怕是真的超越了光速,比如,是光速10倍、20倍、30倍,其本質上無非是由於宇宙空間膨脹導致的,這同樣是不能以超越光速來向我們傳遞信息的。
你可以想像一些,假設小C為了躲債,通過某種技術手段,或者是「神跡」,躲到了這些以超光速遠離地球的星系上去,我們是無法向他追債的。因為信息的傳遞速度最高就是光速,一束光從這些遙遠星系上發出,我們地球上會因為二者之間空間距離的不斷加大,而越來越難以接收到這束光,所以我們是難以接收到信息的。同樣,我們地球上也很難定向與遙遠的加快離開的星系發生信息上的交流。這也是為什麼夜裡天空是黑色的原因:遙遠的星系的可見光越來越難以達到地球,從而照亮夜空。
所以說,如果你欠下一筆巨款,躲到遙遠星系上就會沒事了。
某些自媒體經常會有驚悚的大標題吸引眼球,所謂「相對論又被推翻了」「進化論又一次被推翻了」。其實想一想,很簡單,如果相對論這些科學理論真的被推翻了,根本用不著「又」,只要一次被推翻就可以了。可是,我們迄今為止沒有看見有任何有價值的質疑來撼動相對論的地位。光速不變原理,依然是一條牢不可破的真理。
作者:懷疑探索者