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第8章 关于狭义相对论可能存在的个别缺陷

又要向一名前辈讨教了,虽然我很欣赏他对科学做出的贡献,虽然他的理论给了我很多启发,虽然我跟他不是同种思考角度的人,但既然在理论上都牵扯到了“光学”,那就不得不冒犯了。对于我认为有缺陷的理论,我一直本着见鬼杀鬼,见神灭神的原则,我不会太在意他们自身的综合成就,这是我对待所有事物一贯的态度。

也许轻易冒犯他会让我真的变成笑话,还好我在开头写到,本书的正确率我只敢保证在70%,所以还是留给我30%犯错的空间,也许这篇在那30%的范围内。(不过在我心里,我对于此篇有99%的信心,剩余的1%纯属意外。)

真正接触狭义相对论,应该到了高三才开始的,它是物理课本最后的选学课内容,不列入考试范围,没有人重视。我是个例外,只是稍稍看了几眼就被吸引了,只因在这种理论中可以进行时空穿梭,这是我一直以来就很想做的一件事,我激动万分的分析狭义相对论列出的几个事例。没几天,我所有的幻想都破灭,我发现课本里列举的几个事例,论证过程都是错误的!

对于狭义相对论,一个关键性的错误点是,在细节的处理上,它太依赖于实验观测,把事件发生时的“观测时间”和“真实时间”视为一体!下面我正式开始阐述我的想法。

由于光线的运动有一定的速度,太阳上的光线到达地球大约要8分20秒,所以人们看到的太阳,实际是太阳八分钟以前的样子。把地球上的人看到太阳上的时间叫做“观测时间”,把太阳表面此时发生的时间叫做“真实时间”,实际在数据上,“真实时间”要比“观测时间”快8分钟。

并非在观测太阳时,才存在“真实时间’和”观测时间”的区别,在你观测周围的一切事物时,都存在“真实时间”和“观测时间”。在处理一般问题时,我们通常会把“真实时间”和“观测时间”看成是一致的,认为事件发生时的状态和眼睛看到时的状态是一致的,是瞬时发生的,比如离你一米处桌上水杯掉地上,是瞬时看见的,其实水杯的“真实状态”和“观测到的状态”存在细微的不同。

这种不同对于研究一般问题时不会构成影响,属于误差的范畴,但在研究高速运动时,如果不考虑“真实状态”和“观测状态”存在的“时间差”,就会产生致命影响,属于错误的范畴,导致产生错误的定论。

事实上在研究超远距离运动的问题上,人们有考虑时间差造成的影响,而在研究近距离、高速运动的问题时,人们会习惯性的忽略时间差这种因素。在狭义相对论中同样如此。

拿最经典的例子来说,在你的前方有个教堂,教堂上有个钟表,你坐在一辆电车里,电车以加速到接近光速远离钟表,此刻你看到钟表的指针越走越慢,当你加速到光速时,发现时钟静止不动了,所以就判定你所处的列车内时间静止了。一切似乎都那么符合逻辑,其实漏洞百出!

由于钟表到人的距离变长,所以在这个过程中“真实时间”和“观测时间”之间的时间差一直变大,这才引起时间变慢的一种错觉,实际钟表指针走速一直保持不变,电车里的时间也没有变慢。狭义相对论中对于太空旅行的描述上也犯了同样的错误,把观测的数据直接用在理论的定义上,误认为一个人坐着光速飞船离开后再回来,会比地球上的同辈人更年轻。

我以我的思维模式,详详细细地描述从地球到太阳这段旅行中各种数据的变化:

假设地球到太阳的距离是恒定的(实际不是恒定的,地球绕太阳的运动轨迹是不规则椭圆状),光速不变,光从地球到达太阳需要8分钟,人眼可以识别出任何波长的光波。地球上有两个人,脑子里各镶了一块表,分别是T1和T2,太阳上也有一块手表是T3,互相都能看见,地球上的人看见太阳上手表显示12:00后,两人都把时间调到12:00,此时T2在地球上看T1=T2=T3=12:00。(实际上12:00只是在地球上对T3的观测时间,T3的真实时间是12:08。)所有的观测时间都指的是T2的观测时间。

1、T1待在地球上,T2坐着光速飞船,从地球飞往太阳。在飞船加速至光速的过程中,他看见自己的时间走速不变,T1的时间走速变慢,T3的时间走速变快;加速到接近光速时,T1的时间走速几乎接近静止,T3的时间走速几乎是平时的两倍。此刻他减速慢行,T1的时间走速变快,T3的时间走速变慢。当他10分钟到达太阳时,此时观测时间是T1=12:02,T2=12:10,T3=12:18,真实时间是T1=T2=12:10,T3=12:18。

T2立刻返回地球,10分钟后回到地球。此时观测时间是T1=T2=T3=12:20,真实时间是T1=T2=12:20,T3=12:28。

2、T1待在地球上,T2坐着光速飞船,以光速匀速飞往太阳,在飞船起飞的一刹那,他看见T1的时间不变了,然后瞬间T1消失在视线里,他的眼前漆黑一片。他转头看向T3,T3的时间走速是平时的两倍,他自己的时间走速仍旧不变。8分钟后到达太阳,在到达的瞬间,他看见了T1的样子,T1才开始从12:00走起。此时的观测时间是T1=12:00,T2=12:08,T3=12:16,真实时间是T1=T2=12:08,T3=12:16。

此刻T2立即以光速回地球,发现T1的时间走速是平时的两倍,T3则瞬间不见了,变成了黑洞一样。8分钟到地球后,T3瞬间出现,此时的观测时间是T1=T2=T3=12:16,真实时间是T1=T2=12:16,T3=12:24。

3、T1仍旧待在地球,T2坐着光速飞船,以两倍光速匀速飞往太阳,他起飞的瞬间看不见T1的模样,他看见T3的时间走速是平时的3倍,4分钟后到达太阳,此时他仍然看不见T1的身影,它的身后仍然漆黑一片,此时的观测时间T1是无,T2=12:04,T3=12:12,真实时间是T1=T2=12:04,T3=12:12。(假如他在太阳上多呆了一会,他皮厚没被烤熟,那么4分钟之后,他才看见T1的身影,此时的观测时间是T1=12:00,T2=12:08,T3=12:16,真实时间是T1=T2=12:08,T3=12:16。)

此时他立即以双倍光速返回地球,这时会出现一种诡异的现象,T2看不见T3,却看见T1=11:56。在他返回了六分之二的路程时,也就是T2=12时05分20秒时,T1的观测时间是12:00。之后T3仍旧看不见,看见T1的时间走速是平时的3倍,到达地球后,T3的影子仍然看不见,T2身后还是黑乎乎一片。此时的观测时间是T1=T2=12:08,T3是无,真实时间是T1=T2=12:08,T3=12:16。4分钟后看见T3的身影,此时观测时间是T1=T2=T3=12:12,真实时间是T1=T2=12:12,T3=12:20。

在这整个过程中,三者的时间走速始终保持不变,光子的运动速度也始终保持不变。一切奇异现象产生的本质原因在于T2与T1、T3的距离产生变化,导致光子运动到T2眼睛里的时间发生变化,因此在视觉上呈现出不同的现象,但并不能根据这种视觉效果,就判断时间发生扭曲,缩短或者延伸,这显然是种很荒谬的论述!

在研究光子级的运动问题时,如果没有一个非常严密的罗辑思维能力,仅靠“眼见为实”的方法只会被自己的“眼睛”所蒙蔽,视觉系统的局限性会让人误入歧途。

上面的举例也只是为了方便大家理解“观测时间”和“真实时间的”区别和联系,才模拟出的最简单的实验数据,但如果哪天有条件做这项实验,实际效果会很我叙述的情况发生很多不同,我挑出两个主要因素粗略地加以说明。

首先的影响因素就是光的“红移”和“紫移”现象。

在解释这两种现象之前,我要在你对它俩的常规认识上指出两点。一点是由于蓝光和紫光非常相近,所以在通常的描述中,会把“紫移”叫做“蓝移”,但可见光按照波长由大到小的顺序排列,颜色分别为赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫,所以我认为叫做“紫移”更加准确。另一点是,在一般的描述中,会把产生这两种现象归结于光波的波长发生变化,这种描述不是很严格。

拿红移现象来说,当观测者与发光源中有一者或两种都以极快的速度(两者的正速度之和不得大于光速)远离对方时,两者之间的距离迅速变大,产生红移现象。当观测者是固定的,发光源高速移动远离观察者,此时是由于光的波长被拉伸,其它颜色的光变成红光,而红光变成红外线,无法被人识别。当发光源是固定的,而观测者以极快的速度远离发光源时,此时发光源发出的光的速度、频率、波长并未发生任何变化,而是观测者接收到光的频率变小,也就是说在相同的时间内,撞击到人眼球的光波数量变少,在视觉上产生红移现象。所以总的来说产生红移现象并非以光波变长来确立,而是以观测者观测到光的频率变化为依据,光波撞击观测者的频率变小则产生红移现象。同理,紫移是由于观测者与发光源以极快的速度相互靠近(这种速度小于光速),撞击到观测者眼球上的光波个数变多,则产生紫移现象。

由于红移和紫移现象的存在,所以在上面的那个例子的前提中,我假设了一条是“人眼可以识别出任何波长的光波”,因为一旦T2以接近光速运动时,那么许多可见光就会变成红外线或者紫外线,一些可以看见的实体物质变成暗物质,许多红外线和紫外线会变成可见光,一些看不见的暗物质变成的实体物质。在短时间内,一个人从0速加速到光速,这个过程中人眼会看见一个非常绚丽多彩的世界……

其次的一个主要因素出现在事例中第三种情况的描述上。

以狭义相对论来说,任何速度都无法超越光速,所以在它里面不可能出现我所叙述的第三种情况。狭义相对论是在“真空是无物质存在”和“光的传播不需要介质”这两点的基础上,提出的光速不可超越性。而在我的理论中,真空只是超感知物质的一种混合体,根据光在空气、水、固体物质中的运动速度不同这一规律,可以推断出光在不同种的单一超感知物质中,存在不同的运动速度,当光所处的环境是比光子体积和密度还小的物质中时,光子的移动速度可以轻易超过已知的光的最大速度。谁对谁错由对面的你自己去定夺!

假如你认定我的观念是正确的,因此人是可以通过某只手段把自己加速到两倍光速,那么我觉得还是有必要去考虑超光速运动这一概念的。我对于第三种超光速运动描述写的字最多,也最复杂,事实上在真正体验超光速运动时,眼睛看到的情况还要比我上面的叙述更复杂。在T2以两倍光速向太阳运动,它看到的图像并非单一是太阳的图像,还有就是地球过去的图片。由于太阳是发光源,地球是反射的太阳的光线才看见地球,在反射的过程中有很大一部分光线被地球吸收,因此在T2看到的混合图像中,太阳的样子要比地球的样子清晰许多倍。但如果细心看的话,还是能看清地球的样子,也能看见T1的时间,此时看见T1的时间是从12:00开始倒着走的,也就是说看见地球12:00以前的图像!在它4分钟到达太阳的瞬间,他观测到T1的时间是11:56,向后倒退了四分钟,这就是超光速运动中眼睛可以观测到的真实现象。

由于“真实状态”和“观测状态”的存在,因此当我们以超光速离开某物体时,可以看到某物质过去的样子,这并不是时空穿越回到过去,时间并没有发生倒流,物体和观测者的真实时间永远都是同步发生,我们只是追上了物体曾经反射到空间内的可见光,并被眼睛或者电磁波接受器识别出的图像。没有一个非常严密的罗辑思维能力,这一点很容易被人误解,以为可以借此造出时光机器让自己返老还童!

在我当初刚想到这种模式时,我非常的兴奋,因为我一直以来都非常喜欢生物学,特别想了解生物的起源,以这种推理为基础,理论上讲只要加速到足够快,我们就能追上地球几亿年前反射进太空的光线,构成图像,了解地球的过去!

但从各种因素出发,再从理论上讲,我们无法靠这种办法看清物种的起源。因为任何一种物质都有寿命,光子也不例外,我不知道它的最大寿命具体是多长,但估计绝不可能超过1亿年,单个光子终究会跟别的物质合并成大级别物质,或者自身分裂成小级别物质。而且从地球射向宇宙的光线,随着推移,光线中光柱的密度会变小,运行到一定距离,光柱将无法集合成被人类识别的图片。

超光速运动模式无法解决“人类起源”这个难题,不过还是有非常高的研究价值,理解的人自然会理解它的价值所在。在此只做一个小小的点拨,以目前的技术水平来说实现这项科技难度太大……

回到主题,在狭义相对论里,有关“空间和时间的相对性”问题上所列举的事例中,高速运动的物体产生变长的现象,跟光速航迹旅行的事例一样,本质上都是由于光子到达人眼球的时间不同引起的视觉效果;在火车上球体运动时,车内和车外人看见的球体的位移长度不同,我觉得认识这个问题,首先你要搞懂什么是水平位移,什么是竖直位移,什么是合位移,思路不要别误导……

说了这么多,我只想说的是,物质的运动状态都是同时发生的,时间是统一的。一个物体放在一处,它真实时间的变化速度是不变的,但由于光子的运动需要时间,所以站在不同地方的人,距离物体的距离远近不一,所以观测时间是不一致的,这种观测时间并不等同于真实时间,不要被表面现象所误导。

目前较权威的证实“在高速运动的物体上时间会变慢”的实验大致有两种,一种是导航卫星上的原子钟运行一段时间后会变慢,另一种是粒子加速器中某些微粒的寿命会变长。由于我连个业余的天文望远镜都没碰过,所以对于这些个尖端物理器材也就只能靠空想了。哎!可惜始终想不通它们的核心构造和工作原理,在它们身上我无法指出产生“时间缩短现象”的真正原因。我只能大致预测,原子钟的时间变慢,可能主要是由于不同的运行轨道上,地心引力的微弱变化会引起原子运行速率的变化。在粒子加速器里,引起粒子上时间缩短、寿命变长的现象,很可能是出在仪器身上,仪器接受粒子的信号,不是借助光子就是借助电子,测得的数据可能仍旧是“观测时间”,而非“真实时间”。

这是我大致的预测,这两种实验的存在,也是让我不敢确保我的观点绝对正确的主要原因所在。

不过反过来想,如果不同空间的物体时间是不统一的,有的快有的慢,那么在这两个物体之间,一定存在某种隔膜,那存在的隔膜是怎么的模式?事实上这个隔膜的存在,扰乱了宇宙间物质的力学平衡,也破坏了能量守恒的原则。

“时间和空间的相对性”这中理论续了这么久(我已经默认了这种理论是错误的,嘿嘿),某种程度上也反映出,物理学家对于“时间”这种概念的了解还是处于一种比较模糊的状态!

对面的你真的了解“时间”的本质吗?

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