論光速不變原理之原理並修正狹義相對論及論時間
謝文頌
摘要: 光速不變原理實為光速不變現象,光速只是看起來不變,光速同樣遵循狹義相對性原理;狹義相對論是基於光速不變的內涵設定進行循環論證的結論,只是適用於光尺準下的應用型理論,超光速現象普遍存在;狹義相對論把鏡像宇宙看作本相宇宙,錯誤地否定了絕對性的宇宙時間;人類定義的是計量時間,宇宙定義了自身的時間;光子的靜止質量不為零,質能方程是錯的。
關鍵詞: 光速不變原理;狹義相對性原理;狹義相對論;時空相對性;時間;光子;智能方程
在科學史上,1905年被稱為「愛因斯坦奇蹟年」,他共發表了4篇學術論文,每一篇都提出了諾獎級別的理論,其中尤以其6月30日發表的《論動體的電動力學》最為著名——後來它有了一個盡人皆知的名字,那就是狹義相對論。
114年過去了,愛因斯坦與狹義相對論、廣義相對論早已彪炳史冊,在此先對狹義相對論提出修正。
一、論光速不變原理之原理
狹義相對論基於狹義相對性原理和光速不變原理這兩條基本假設推理而來,「射人先射馬」,就從檢索其根基開始。
1.狹義相對論「腳踩兩隻船」——愛因斯坦「兼收」前行
狹義相對性原理和光速不變原理是狹義相對論「腳踩」的「兩隻船」,掐指一算,「兩隻船」至今彼此衝撞了146年,且仍在衝突中。
為了便於理解,直接上思想實驗:你在行駛速度為100米/秒的高鐵上去上廁所,以2米/秒的速度與列車同向行走,此時地面上有個人測量你的速度,結果為102米/秒。當然實測也是如此,這是牛頓力學裡最基本的速度疊加原理,原創人是伽利略,他曾提出一個「伽利略變換」:在一個參考系中建立起來的物理定律,通過適當的坐標變換,可以適用於任何參考系。
牛頓駕著狹義相對性原理這隻「船」,以經典力學強勁驅動,載著科學把世界送達「萬物生命」之境。到了1873年,這風帆正勁的「巨輪」卻前途不明了:《電磁論》橫空出世,麥克斯韋方程竟然不需要參考系——電磁波速度或者說光速不需要參考系,即在任何慣性參考系下都不變。接著思想實驗:車廂裡車燈壞了,你上廁所時打開手電筒,而地面觀測的手電筒光速還是光速,你和列車貢獻的102米/秒「不見」了。
伽利略發明、牛頓駕駛的狹義相對性原理與麥克斯韋搗鼓出的光速不變原理衝撞了、僵持著,而這哥仨被尊奉為物理學史上前五的選手,妥妥地神仙打架,至今沒人勸得開。時年26歲的愛因斯坦是個往前看的「和事佬」——光速為啥不變呢?既然那麼大牛都想不通,那麼就別想了,當他們都對:愛因斯坦假設在不同的參考系下光速不變,把牛頓體系裡除了萬有引力定律的成果重新推理了一遍,於是,收穫了滿滿的狹義相對論。
2.光速不變原理之原理——「看見」說了算
儘管愛因斯坦後來又搞出了廣義相對論,但他至死也沒能調和「兩隻船」的衝突。在此給神仙打架做個仲裁,用五個字揭示光速不變原理之原理——「看見」說了算。
光速不變原理之原理揭示出「眼見不為實」:我們看見的一切其實都是其影像,這影像與實體存在著「時差」。我們眼見的所謂現在,是光頭遞過來帶著時差的過去,放眼望去,目之所及,遠近高低的一切現在之觀象,層層疊疊的其實是不同時刻的過去。這現在和過去間的時差,大體就是光投遞影像的時間(與觀察物之間的距離除以光速)和大腦運作「看見」的時間之和。
用設備觀測物體與肉眼看見世界的原理是一樣的,「埠」接收到被觀測物體的光線成像。現在直接用物理現場展示說明光到底是如何對狹義相對性原理「叛逆」的——
觀測者正前方有光源S,S向右方照射:(1)光源靜止時,光以自身速度直線射出,要把這影像投遞給觀測者,作為媒介「投遞員」的光投遞走過的路徑是斜線,大家都是光,一樣的速度,「投遞員」只能把稍微滯後的「過去」捎回來,觀察者觀測到光速C;(2)光源向右水平運動時,我們不管「光速不變」還是「光速疊加」,單從距離上講,光「投遞員」要走過的斜線距離要麼不變、要麼更長,觀察者同樣觀測到光速C;(3)光源向左水平運動時,如果確然是「光速不變」,觀察者當然就還是觀測到光速C。如果「光速疊加」,照道理此時光「投遞員」有餘力測量出光速了,但在實際情況中,光源作為非量子態的宏觀物體,即便疊加對光速的影響也甚微,此其一;光波似水流,「抽刀斷水水更流」,我們剛看到光的某刻過去,下一刻的光又疊加了過來,光與影、過去與現在疊加在一起,此其二(參見一顆電子蒸騰出一團電子云)。由是,在光影莫辨中,亞光速輕易就在觀測者面前同樣留下以光速C閃過的身影。
理解上面的場景需要抓住三個要點:(1)光是人類得以看見的影像「投遞員」;(2)我們看到的「現在」都是帶著時差的「過去」;(3)量子態的光與光影自我疊加,觀測無從區分。在現實觀測中,我們不自覺地設置了一個參考系,類似背景牆,同樣,這個參考系是光投遞過來的影像,可以把它理解為一堵「光景牆」,因此觀測光猶如在白紙上寫白字——白茫茫的一片。
現在可以了卻物理學史上的這樁懸案了:由人類看見機制確定,光是裁判又充當運動員,光速不鳥狹義相對性原理。
3.光速不變原理之原理的應用——我對鏡欣賞著兩年前的自己
接著說回到現實的「時差」,當然,在現實生活中我們無法感知這個極其微末的時差,但一旦在高速度、大尺度的情況下,這個時差就會成為一種「壯大」的存在,此時牛頓運動定律假定的絕對時空的錯漏就被放大了出來:相對空間位置決定了相互觀測的時間成本,運動改變著相對空間位置,進而改變著相互觀測的時間成本,空間、時間就這樣與物體的運動狀態關聯了起來。
上一個大尺度的思想實驗:在一個真空系統中,我坐在一面鏡子前「孤芳自賞」,此時面對面近乎零距離,相對於光速的成像,我實時欣賞著自己的各種搔首弄姿;這面鏡子後面平直距離一光年處也擺著一面鏡子,突然我面前的鏡子碎了一地,我驚呆了,這一呆就是兩年,我忽然發現,我看見了兩年前搔首弄姿的我,然後是一直發了兩年呆的我;「感受停在我發端的指尖,如何瞬間、凍結時間……」我不由唱起《光年之外》……
我坐在電腦前敲打著上面的文字,眼前的電腦和文字,是它們被光以光速投遞給我的影像,我很懊惱,我沒能夠看到它們的「現在」;我望向窗外的星空,星光閃爍,我感謝它們的陪伴,但我很懊惱,有多少星星早已隕滅……
二、光亮的相對論被光亮瞎了
「皮之不存,毛將焉附」?在著手修正狹義相對論時,我首先研究相對論「腳踩」的「兩隻船」,論證光速不受參考系影響是由人類以光為媒介的觀測機制所決定的。要天崩地裂的問題來了:既然光速看起來不受參考系影響,那實質上它到底受不受參考系影響呢?而如果光速實質上受參考系影響,那狹義相對論成了個什麼東西呢?
1.光速只是看起來不變——光速不變原理「翻船」了
在寫作《人類基本認知原理之大統一理論》的過程中,愛因斯坦先生成了我的精神導師,使得我敢於求索人類與宇宙的終極問題。雖然我在網絡上公開挑戰先生的有關學術觀點,但在我心裡,先生是我唯一的、最尊敬的人。然而在考量狹義相對論時,我對先生深感失望,狹義相對性原理與光速不變原理衝突了,在沒有解決衝突的情況下,如何能夠以之為基礎做推論呢?這絕非科學的態度,顯然也不是科學應該採取的方法。
閒話少敘,直接上思想實驗:有平行橫置的三條軌道,分別放置了X、Y、Z三臺雷射炮和A、B、C三個打不爛的標靶,三個標靶在縱向同一個位置上,雷射炮X以速度V衝向標靶A,雷射炮Y靜止不動,雷射炮Z以速度V遠離標靶C,在經過Y炮位時,三臺雷射炮同時開射,然後以相同的時間間隔「點射」(消除光的自我疊加效應)……旁邊監控過程的觀察者測量發現,三炮射擊的光速一樣;只負責監測標靶的觀察者根據標靶上的感應計時器發現,三炮擊中目標有先後、有疏密——矛盾出來了!
有人會問,你如何能夠確證不是同時擊中目標?我們接著看:實驗持續進行,三炮與各自標靶的距離差異越來越大……如果你還要堅持光速不變,你還要堅信直接觀測,那麼我可以告訴你,如果光速不變原理是正確的,那就證明在光面前距離不是個事兒,無論遠近同時抵達——光要變成「曹操」了,這叫作為長度單位的光年臉往哪兒擱?
一起默哀吧……
2.聽循環論證奏響的凱歌——光速不變原理和狹義相對論一唱一和
平復一下心情,我們接著追述上述實驗。按照光速不變原理,可以得出無論遠近光同時抵達的結論,這太過荒謬,連小孩子都不會信,但把這個結論換一個說法,一百多年來卻被許多人深信不疑:物體達到光速時,時間就停止了。
監測標靶的觀察者在此把這個錯誤的論斷糾正過來:在光速與光面前,時間並未停止。那超光速會發生嗎?標靶檢測者回答「會」。超光速後發生了啥?標靶檢測者回答,速度更快率先擊中標靶並更多次數地擊中標靶;但撤掉標靶後看不出來了。
滿世界裡、滿宇宙裡充斥著超光速的景象,但讓我們得以看見的光也蒙蔽著我們的眼睛,光速內外我們「視而不見」……眼睛依賴光,所以光輕易騙過眼睛,而且如果只用看見來檢測,永遠不會發現被光騙了,被光騙著——一切現在,只不過是光丈量給我們看的現在,愛因斯坦看走眼,狹義相對論遭亮瞎,墮入光迷信、光崇拜的隘中,進而把人類的認知緊緊束縛在光速之內。
換一下心情吧,前面提到曹操,讓我想起了多年前寫的一個涉及曹植的小文「以不講理的《七步詩》淺議寫作」——
千百年來,文學作品中比竇娥還冤的其實是豆萁。「煮豆燃豆萁,豆在釜中泣。本是同根生,相煎何太急?」曹植的《七步詩》膾炙人口,成為「兄弟勸和」的典範之作,文人騷客止於「七步」,怯於模仿,更遑論超越。但《七步詩》其實是經不起推敲的,甚至可謂不講理——豆萁化為灰燼,燒的劈啪作響,連「泣」的機會都沒有,過程與結局都比豆來的慘烈,卻成了煎熬兄弟、遭人唾罵的兇手?
顯然,萁煎豆的「主觀故意」根本就不存在,真兇是那隻煮豆、燃萁的「手」。而以曹植之才,他絕對明白這一邏輯缺陷。漢董卓《上何進書》中載有「臣聞揚湯止沸,莫若去薪」,這是抽薪止沸、釜底抽薪的出處——瞭然煮湯之「抽」,必然明白煮豆之「塞」,曹植是清清楚楚地看到了那隻「手」。那他何故張冠李戴,且自信滿滿地以此蒙蔽天下人來化解一場殺身之禍?
這就要說到寫作的根本要義——入情、入理。曹植設置了「煮豆燃豆萁」這一場景,用「泣」「同根生」「煎」迅速引發了曹丕的心理上貼近,情緒上共鳴,遮蔽了其理性的思考。其情境場的強大,甚至讓我們橫跨千餘年的無數讀者主動放棄了「推敲」的機會。寫作上入情、入理對應的就是設置情境場、布置邏輯圈,言情也好,說理也罷,情理兼顧亦可,能牽著讀者的鼻子引人入心,即為上品佳作。
言歸正傳,再看狹義相對論,以光速不變原理作為基礎,可不證明出光速最快、不可超越嗎?狹義相對論的一通論證,證明出了光速不變原理蘊含的結論,我不想再多說,這一場循環論證還在高唱凱歌……