光的真空速度是為何是一個固定的數值?是什麼在影響這個數值?

2021-01-08 小虎有話說

對我們來說光速是有限的,因為我們只能觀測到光。也許,有些以我們目前技術無法觀測感知到事物,是真正的超距作用也未可知。而光速無限大的世界也總有些質量大的物體以有限的速度運作,那個世界的人正好拿這個慢速物體做了臺計算機。

我們的宇宙光速有限,那這個宇宙中造出的計算機自然會受到相應限制,才會產生計算時間間隔之類的問題。這就循環論證了。合理的思路應該是,從光速無限的條件出發,考慮該條件下計算機的性質,然後推出計算具有最小時間間隔這類的結論。這樣才能說光速有限是因為計算機模擬的原因,而不是因為「其本身就是有限的」。可是假想一個光速無限的宇宙有些困難,我們許多物理規律都不適用了。比如E=mc^2,那要麼所有物質都具有無窮能量,要麼不存在質量不為零的物質。這樣電子的性質都成問題,假設這樣一個宇宙中存在和我們類似的計算機,似乎沒有什麼道理…

考慮一個粒子以下圖所示的速度運動,這個速度與地球方向的夾角

其實這個思路的出發點是三體問題不存在解析解,數值解必然有迭代步長,反映到運動上就是時間最小單位dt。這個和光速本身是否有限沒有必然的聯繫,只是在數值法解微分方程這樣一個特定的數學問題裡,必須要引入dt。計算機的組成雖然說是必須符合物理規律的,但抽象的計算機,比如普適圖靈機,是不依賴物理的,只是單純的數字邏輯。

光速無限的情況下,也許邏輯單元運算可以瞬間完成,這樣,一個體系設置任意小的dt都能瞬間完成任意多的邏輯運算。如果存在這樣一個世界,那樣這種世界可能就不存在所謂時間先後,所有事件都在一瞬間裡面發生,就像列出二次函數的同時,它每一個值都已經確定了一樣。只是我們人類在這個光速有限的宇宙裡,去求函數值需要消耗時間和計算資源而已。當然,我們三維空間的人類去想像一種超越時間的生命或者智慧生物,肯定有我們的局限性。在歐氏空間下,勾股定理是成立的。我們生活的地方,引力效應相對較小,可以看作是歐氏空間,所以我們首先研究的是歐氏空間下的幾何學(包括勾股定理),然後隨著數學理論的擴展,才陸續提出了非歐幾何,這是非常自然的發展過程。

設想一下,如果在宇宙中某個引力梯度很大的地方出現了智能生物,由於他們所處的環境並不滿足歐氏空間,那麼他們在這樣的條件下首先發展的幾何學肯定就不是歐氏幾何,他們所發現的「勾股定理」(姑且這麼稱呼)可能形式上就和我們有所差異。注意,這並不是說在他們那裡,我們的歐氏幾何理論就不成立。數學不是實驗科學,而是形而上的,因而在給定公理體系下的數學理論是普適的。也許隨著文明的發展,他們也會擴展自己的數學理論,提出歐氏幾何,發現了歐氏幾何下的勾股定理,並驚嘆於這種公理體系下結論的完美。然而,歐氏幾何的結論(包括我們的勾股定理)可能非常違背他們的空間知覺,正如非歐幾何與我們的空間知覺格格不入一樣。

機械波的相速度也可以輕易地超過光速,考慮圖上這個例子。

自由空間的光速是恆定的,這是現代物理學的基石。然而,光束的橫向尺寸是有限的,這就導致了它們的波控器的改變,從而改變了它們的相位和群速度。我們通過測量單個光子到達時間的變化來研究單個光子的群速度,這種變化是由改變光束的橫向空間結構引起的。利用時間相關光子對,我們給出了Bessel光束和聚焦高斯光束中光子群速度的減小。在這兩種情況下,延遲數微米以上的傳播距離為1米。我們的工作強調,即使在自由空間,光速的不變性也只適用於平面波。

目前絕大大多數實驗並沒有討論光子組成的光子群的方式和結構問題,而以武斷地方式認為光子群僅僅是簡單的光子的堆砌體,而不是什麼緊密的統一體,光子束和光子有本質的不同在於光子並非以獨立個體的形式存在,而是以流動的分離狀態存在,我們所見的光線中光子在光束的位置是變化的,而且是有規律的變化,是螺旋行進的。

自由空間所謂光速恆定有幾個「陷阱」:1:認為光子是永恆的獨立個體,不和外界進行物質交換;2認為自由空間,比如說是所謂真空,是無物的;3,認為光子束是一個穩定或者說是固定結構;

任何一個物體的出發都是有先導條件,這些先導條件也是物質,必然快於光速。

從現有科學邏輯上分析,我們總能得到一定的心理上的常數,但實際沒有,這些常數的存在有利於我們對某一問題作出局限性的理解,這個很多人都不懂,認為常數是真實存在的,超越這些常數才能真的理解世界的本質,但有時需要這些常數的輔助來限定我們理解。因為知識不能隨便做出跨越式的理解,否則你不能真的理解所研究的問題。現代物理學的發展和現狀恰恰如此,物理學的宗旨是製造有用的東西,製造製造,需要以某種方式進行,這種方式本質上能被人的某種手段後再可運用,這就是使用一種物體作用另一種物體,無論是機械性的還是化學性的,本質都是一種結構的傳遞,是多粒子體系或者製造物的傳遞,這些都沒有逃離原始機械論的基礎和使用方式。這種方式可以一定程度上服務於人,或者說在可見的情況下有利於我們的科學技術。但絕不可能在根本上解決人體和醫學問題。這就是問題所在。任何真空都是充滿粒子,僅僅是大小和運動不同而已。一顆光子在充滿自身恰好適應的同級別粒子的空間內和被人為清除一部分粒子後,其大小(姑且按傳統說法)是完全不同的,電子也一樣。每一個粒子和外界環境都有相應的一種狀態和過程。

麥可遜幹涉儀的工作原理

從理性角度看,任何物體都是沒有一個叫做大小的尺度,但是從相對某一參考物體而言卻有。例如地球多大?很多人會說直徑1萬多公裡,可是包括每時每刻變化的大氣層嗎?包括每時每刻從地球拋灑出去的粒子嗎?包括磁場大小嗎?沒有。怎麼僅僅以人為地認為眼睛看到的固體的或者液體的表面發出的光作為媒介來衡量。我們也知道地球表面的每時每刻都在運動,如果在粒子級別的精度我們將永遠沒有大小的可以重複的答案,何來大小問題。水流當然有速度,但是我們粗略而言,但不能以精確和絕對性來闡述,你敢說哪一個有數量的絕對速度?例如你說10米/秒,你敢說你說的是10.00000000000……小數點無限個0,在我們說出水的速度,我們是相對什麼參考指標和物體而言的,如果你的參考指標是物質的,那就是運動的,你說出的任何速度實際是一個永恆浮動的指標。

水的速度是相對而言的,但從習慣上我們往往忽略這樣的問題,我們看到的是一個物體(水)流動的過程,說水的某一速度是為了生活,是眼見為實的體驗,是交流的必要方式。科學追求的是絕對化,精確化,但如果精確到一定程度會出現問題,那就說明科學方法的基礎有瑕疵。

分子間間距?僅僅這麼簡單?你的距離是來源於電子,質子還是某些從原子鐘射出的粒子,粒子又是哪個邊緣是你的長度界限?你又怎樣讓另一個研究者重複你的長度的測量值。在某一極限精度下,你的測量值是唯一的,沒有可能有人可以重複測到你相同的數值,也就是說,從科學的角度講,在這樣的精度下,你作的任何事情不會有第二個人認為你說的是對的。

當物體保持不動時,光往前往後的傳播速度是相同的,圖中箭頭代表光。

質能公式有兩個無法迴避的問題,也是無法解決的問題,光子靜態過嗎?光子動態過嗎?回答這些問題的前提是相對性,而再往深層是「傳統意義的空間存在嗎?」要解決這些問題就必須解決這些前提條件。從傳統意義上,空間始於三維結構,是物體間接反應出來的可以容納其他物體的空間,但物理學將其無限放大了這種由物體反應出來的空間,認為可以放大到整個宇宙,這本身就是以豹的一斑點衡量整個豹子,認為豹子的眼睛和場腸子都應該是斑點狀。

實際上,既然我們一物體的方式間接反應空間為什麼在遙遠的空間判斷上拋棄了這種選擇和方法呢?如果我們以物體的方法衡量空間,那麼問題就多了。因為宇宙中不能出現兩個遙遠點觀察同一物體的運動狀態是相同的,既然在各自的空間中看到的物體運動完全不同,反過來說,你會認為空間相同嗎?顯然不行。舉這個距離遙遠的例子,是將問題的差異擴大,從微觀上說,宇宙中任何兩個點,即使相隔很近觀測的物體運動都是一定不同的,除非兩點重合。因為任何時候地表在運動,空氣在運動,眼球在位移。空間的形式可以用另一種方式也可以完全解釋:那就是空間不存在,所有我們認為的空間中都充滿向無窮小的方向上的大致兩種性質的粒子,舉一個比例不準確的粒子,地球在宇宙中是一個粒子,這個粒子由電子和質子為主的粒子組成,中間大小比例為10的20次方,而電子質子和它們組成的A1B1粒子比例也是10的20次方,中間形成物有各種夸克,A1B1和形成它們的A2B2粒子,中間大小比例還為10的20次方,然後就是A3B3,A4B4,A5B5……一直延續,僅僅A2B2和A3B3之間足以容納引力波形成的微小粒子漣漪,何況更小的部分。如果這樣,還有傳統意義上的空間嗎?沒有了。

從麥克斯韋方程組中直接求出來,取決於真空磁導率和真空電容率

如果這樣,科學家目前認為」空間是物質的」判斷就是正確的,但有些超前。而且從現有的估算(這樣更好理解),這些比例很可能更大,很可能有10的40次方之巨。人類絕無可能以實驗的方法達到這種理解。

先導條件是在體系論中才可能出現,即光子是兩種外部特點基本相同,而實際性質相反的亞粒子組成,而亞粒子都是一個由無數螺旋的更小粒子組成。當光子和光束向一個方向運動時,首先是這些更小的粒子被拋向這個方向,形成一個以光源為起點的螺旋環路,在沒有達到目標前,一邊是超前運動,一邊是回納到起點,猶如雙軌型鐵軌(只是為形象而比喻,實際複雜得多,因為不只是一條軌跡),光子的兩個亞粒子體系,沿著螺旋環路的兩支再超這個方向前進。形成光子或者光束。當光束髮射離開光源後,先導的更小粒子在光束後端融合,形成完整的螺旋環路,使得光束以整體的方式螺旋前進。光束形成過程中並不是一直維持原有的長度,而是逐漸縮短,形成更短的螺旋體,至於多短,是否形成球形,並不清楚。一句話先導物是形成光子亞粒子的兩種(粗略分型)更小得多的螺旋體系。

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