第八章 關於狹義相對論可能存在的個別缺陷
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又要向一名前輩討教了,雖然我很欣賞他對科學做出的貢獻,雖然他的理論給了我很多啟發,雖然我跟他不是同種思考角度的人,但既然在理論上都牽扯到了“光學”,那就不得不冒犯了。對於我認為有缺陷的理論,我一直本著見鬼殺鬼,見神滅神的原則,我不會太在意他們自身的綜合成就,這是我對待所有事物一貫的態度。
也許輕易冒犯他會讓我真的變成笑話,還好我在開頭寫到,本書的正確率我隻敢保證在70%,所以還是留給我0%的範圍內。(不過在我心裏,我對於此篇有99%的信心,剩餘的1%純屬意外。)
真正接觸狹義相對論,應該到了高三才開始的,它是物理課本最後的選學課內容,不列入考試範圍,沒有人重視。我是個例外,隻是稍稍看了幾眼就被吸引了,隻因在這種理論中可以進行時空穿梭,這是我一直以來就很想做的一件事,我激動萬分的分析狹義相對論列出的幾個事例。沒幾天,我所有的幻想都破滅,我發現課本裏列舉的幾個事例,論證過程都是錯誤的!
對於狹義相對論,一個關鍵性的錯誤點是,在細節的處理上,它太依賴於實驗觀測,把事件發生時的“觀測時間”和“真實時間”視為一體!下麵我正式開始闡述我的想法。
由於光線的運動有一定的速度,太陽上的光線到達地球大約要8分20秒,所以人們看到的太陽,實際是太陽八分鍾以前的樣子。把地球上的人看到太陽上的時間叫做“觀測時間”,把太陽表麵此時發生的時間叫做“真實時間”,實際在數據上,“真實時間”要比“觀測時間”快8分鍾。
並非在觀測太陽時,才存在“真實時間’和”觀測時間”的區別,在你觀測周圍的一切事物時,都存在“真實時間”和“觀測時間”。在處理一般問題時,我們通常會把“真實時間”和“觀測時間”看成是一致的,認為事件發生時的狀態和眼睛看到時的狀態是一致的,是瞬時發生的,比如離你一米處桌上水杯掉地上,是瞬時看見的,其實水杯的“真實狀態”和“觀測到的狀態”存在細微的不同。
這種不同對於研究一般問題時不會構成影響,屬於誤差的範疇,但在研究高速運動時,如果不考慮“真實狀態”和“觀測狀態”存在的“時間差”,就會產生致命影響,屬於錯誤的範疇,導致產生錯誤的定論。
事實上在研究超遠距離運動的問題上,人們有考慮時間差造成的影響,而在研究近距離、高速運動的問題時,人們會習慣性的忽略時間差這種因素。在狹義相對論中同樣如此。
拿最經典的例子來說,在你的前方有個教堂,教堂上有個鍾表,你坐在一輛電車裏,電車以加速到接近光速遠離鍾表,此刻你看到鍾表的指針越走越慢,當你加速到光速時,發現時鍾靜止不動了,所以就判定你所處的列車內時間靜止了。一切似乎都那麽符合邏輯,其實漏洞百出!
由於鍾表到人的距離變長,所以在這個過程中“真實時間”和“觀測時間”之間的時間差一直變大,這才引起時間變慢的一種錯覺,實際鍾表指針走速一直保持不變,電車裏的時間也沒有變慢。狹義相對論中對於太空旅行的描述上也犯了同樣的錯誤,把觀測的數據直接用在理論的定義上,誤認為一個人坐著光速飛船離開後再回來,會比地球上的同輩人更年輕。
我以我的思維模式,詳詳細細地描述從地球到太陽這段旅行中各種數據的變化:
假設地球到太陽的距離是恒定的(實際不是恒定的,地球繞太陽的運動軌跡是不規則橢圓狀),光速不變,光從地球到達太陽需要8分鍾,人眼可以識別出任何波長的光波。地球上有兩個人,腦子裏各鑲了一塊表,分別是t1和t2,太陽上也有一塊手表是t3,互相都能看見,地球上的人看見太陽上手表顯示12:00後,兩人都把時間調到12:00,此時t2在地球上看t1=t2=t3=12:00。(實際上12:00隻是在地球上對t的真實時間是12:08。)所有的觀測時間都指的是t2的觀測時間。
1、t1待在地球上,t2坐著光速飛船,從地球飛往太陽。在飛船加速至光速的過程中,他看見自己的時間走速不變,t1的時間走速變慢,t3的時間走速變快;加速到接近光速時,t1的時間走速幾乎接近靜止,t3的時間走速幾乎是平時的兩倍。此刻他減速慢行,t1的時間走速變快,t3的時間走速變慢。當他10分鍾到達太陽時,此時觀測時間是t1=12:02,t2=12:10,t3=12:18,真實時間是t1=t2=12:10,t3=12:18。
t2立刻返回地球,10分鍾後回到地球。此時觀測時間是t1=t2=t3=12:20,真實時間是t1=t2=12:20,t3=12:28。
2、t1待在地球上,t2坐著光速飛船,以光速勻速飛往太陽,在飛船起飛的一刹那,他看見t1的時間不變了,然後瞬間t1消失在視線裏,他的眼前漆黑一片。他轉頭看向t的時間走速是平時的兩倍,他自己的時間走速仍舊不變。8分鍾後到達太陽,在到達的瞬間,他看見了t1的樣子,t1才開始從12:00走起。此時的觀測時間是t1=12:00,t2=12:08,t3=12:16,真實時間是t1=t2=12:08,t3=12:16。
此刻t2立即以光速回地球,發現t1的時間走速是平時的兩倍,t3則瞬間不見了,變成了黑洞一樣。8分鍾到地球後,t3瞬間出現,此時的觀測時間是t1=t2=t3=12:16,真實時間是t1=t2=12:16,t3=12:24。
3、t1仍舊待在地球,t2坐著光速飛船,以兩倍光速勻速飛往太陽,他起飛的瞬間看不見t1的模樣,他看見t倍,4分鍾後到達太陽,此時他仍然看不見t1的身影,它的身後仍然漆黑一片,此時的觀測時間t1是無,t2=12:04,t3=12:12,真實時間是t1=t2=12:04,t3=12:12。(假如他在太陽上多呆了一會,他皮厚沒被烤熟,那麽4分鍾之後,他才看見t1的身影,此時的觀測時間是t1=12:00,t2=12:08,t3=12:16,真實時間是t1=t2=12:08,t3=12:16。)
此時他立即以雙倍光速返回地球,這時會出現一種詭異的現象,t2看不見t3,卻看見t1=11:56。在他返回了六分之二的路程時,也就是t2=12時05分20秒時,t1的觀測時間是12:00。之後t3仍舊看不見,看見t1的時間走速是平時的的影子仍然看不見,t2身後還是黑乎乎一片。此時的觀測時間是t1=t2=12:08,t3是無,真實時間是t1=t2=12:08,t的身影,此時觀測時間是t1=t2=t3=12:12,真實時間是t1=t2=12:12,t3=12:20。
在這整個過程中,三者的時間走速始終保持不變,光子的運動速度也始終保持不變。一切奇異現象產生的本質原因在於t2與t1、t3的距離產生變化,導致光子運動到t2眼睛裏的時間發生變化,因此在視覺上呈現出不同的現象,但並不能根據這種視覺效果,就判斷時間發生扭曲,縮短或者延伸,這顯然是種很荒謬的論述!
在研究光子級的運動問題時,如果沒有一個非常嚴密的羅輯思維能力,僅靠“眼見為實”的方法隻會被自己的“眼睛”所蒙蔽,視覺係統的局限性會讓人誤入歧途。
上麵的舉例也隻是為了方便大家理解“觀測時間”和“真實時間的”區別和聯係,才模擬出的最簡單的實驗數據,但如果哪天有條件做這項實驗,實際效果會很我敘述的情況發生很多不同,我挑出兩個主要因素粗略地加以說明。
首先的影響因素就是光的“紅移”和“紫移”現象。
在解釋這兩種現象之前,我要在你對它倆的常規認識上指出兩點。一點是由於藍光和紫光非常相近,所以在通常的描述中,會把“紫移”叫做“藍移”,但可見光按照波長由大到小的順序排列,顏色分別為赤、橙、黃、綠、青、藍、紫,所以我認為叫做“紫移”更加準確。另一點是,在一般的描述中,會把產生這兩種現象歸結於光波的波長發生變化,這種描述不是很嚴格。
拿紅移現象來說,當觀測者與發光源中有一者或兩種都以極快的速度(兩者的正速度之和不得大於光速)遠離對方時,兩者之間的距離迅速變大,產生紅移現象。當觀測者是固定的,發光源高速移動遠離觀察者,此時是由於光的波長被拉伸,其它顏色的光變成紅光,而紅光變成紅外線,無法被人識別。當發光源是固定的,而觀測者以極快的速度遠離發光源時,此時發光源發出的光的速度、頻率、波長並未發生任何變化,而是觀測者接收到光的頻率變小,也就是說在相同的時間內,撞擊到人眼球的光波數量變少,在視覺上產生紅移現象。所以總的來說產生紅移現象並非以光波變長來確立,而是以觀測者觀測到光的頻率變化為依據,光波撞擊觀測者的頻率變小則產生紅移現象。同理,紫移是由於觀測者與發光源以極快的速度相互靠近(這種速度小於光速),撞擊到觀測者眼球上的光波個數變多,則產生紫移現象。
由於紅移和紫移現象的存在,所以在上麵的那個例子的前提中,我假設了一條是“人眼可以識別出任何波長的光波”,因為一旦t2以接近光速運動時,那麽許多可見光就會變成紅外線或者紫外線,一些可以看見的實體物質變成暗物質,許多紅外線和紫外線會變成可見光,一些看不見的暗物質變成的實體物質。在短時間內,一個人從0速加速到光速,這個過程中人眼會看見一個非常絢麗多彩的世界……
其次的一個主要因素出現在事例中第三種情況的描述上。
以狹義相對論來說,任何速度都無法超越光速,所以在它裏麵不可能出現我所敘述的第三種情況。狹義相對論是在“真空是無物質存在”和“光的傳播不需要介質”這兩點的基礎上,提出的光速不可超越性。而在我的理論中,真空隻是超感知物質的一種混合體,根據光在空氣、水、固體物質中的運動速度不同這一規律,可以推斷出光在不同種的單一超感知物質中,存在不同的運動速度,當光所處的環境是比光子體積和密度還小的物質中時,光子的移動速度可以輕易超過已知的光的最大速度。誰對誰錯由對麵的你自己去定奪!
假如你認定我的觀念是正確的,因此人是可以通過某隻手段把自己加速到兩倍光速,那麽我覺得還是有必要去考慮超光速運動這一概念的。我對於第三種超光速運動描述寫的字最多,也最複雜,事實上在真正體驗超光速運動時,眼睛看到的情況還要比我上麵的敘述更複雜。在t2以兩倍光速向太陽運動,它看到的圖像並非單一是太陽的圖像,還有就是地球過去的圖片。由於太陽是發光源,地球是反射的太陽的光線才看見地球,在反射的過程中有很大一部分光線被地球吸收,因此在t2看到的混合圖像中,太陽的樣子要比地球的樣子清晰許多倍。但如果細心看的話,還是能看清地球的樣子,也能看見t1的時間,此時看見t1的時間是從12:00開始倒著走的,也就是說看見地球12:00以前的圖像!在它4分鍾到達太陽的瞬間,他觀測到t1的時間是11:56,向後倒退了四分鍾,這就是超光速運動中眼睛可以觀測到的真實現象。
由於“真實狀態”和“觀測狀態”的存在,因此當我們以超光速離開某物體時,可以看到某物質過去的樣子,這並不是時空穿越回到過去,時間並沒有發生倒流,物體和觀測者的真實時間永遠都是同步發生,我們隻是追上了物體曾經反射到空間內的可見光,並被眼睛或者電磁波接受器識別出的圖像。沒有一個非常嚴密的羅輯思維能力,這一點很容易被人誤解,以為可以借此造出時光機器讓自己返老還童!
在我當初剛想到這種模式時,我非常的興奮,因為我一直以來都非常喜歡生物學,特別想了解生物的起源,以這種推理為基礎,理論上講隻要加速到足夠快,我們就能追上地球幾億年前反射進太空的光線,構成圖像,了解地球的過去!
但從各種因素出發,再從理論上講,我們無法靠這種辦法看清物種的起源。因為任何一種物質都有壽命,光子也不例外,我不知道它的最大壽命具體是多長,但估計絕不可能超過1億年,單個光子終究會跟別的物質合並成大級別物質,或者自身分裂成小級別物質。而且從地球射向宇宙的光線,隨著推移,光線中光柱的密度會變小,運行到一定距離,光柱將無法集合成被人類識別的圖片。
超光速運動模式無法解決“人類起源”這個難題,不過還是有非常高的研究價值,理解的人自然會理解它的價值所在。在此隻做一個小小的點撥,以目前的技術水平來說實現這項科技難度太大……
回到主題,在狹義相對論裏,有關“空間和時間的相對性”問題上所列舉的事例中,高速運動的物體產生變長的現象,跟光速航跡旅行的事例一樣,本質上都是由於光子到達人眼球的時間不同引起的視覺效果;在火車上球體運動時,車內和車外人看見的球體的位移長度不同,我覺得認識這個問題,首先你要搞懂什麽是水平位移,什麽是豎直位移,什麽是合位移,思路不要別誤導……
說了這麽多,我隻想說的是,物質的運動狀態都是同時發生的,時間是統一的。一個物體放在一處,它真實時間的變化速度是不變的,但由於光子的運動需要時間,所以站在不同地方的人,距離物體的距離遠近不一,所以觀測時間是不一致的,這種觀測時間並不等同於真實時間,不要被表麵現象所誤導。
目前較權威的證實“在高速運動的物體上時間會變慢”的實驗大致有兩種,一種是導航衛星上的原子鍾運行一段時間後會變慢,另一種是粒子加速器中某些微粒的壽命會變長。由於我連個業餘的天文望遠鏡都沒碰過,所以對於這些個尖端物理器材也就隻能靠空想了。哎!可惜始終想不通它們的核心構造和工作原理,在它們身上我無法指出產生“時間縮短現象”的真正原因。我隻能大致預測,原子鍾的時間變慢,可能主要是由於不同的運行軌道上,地心引力的微弱變化會引起原子運行速率的變化。在粒子加速器裏,引起粒子上時間縮短、壽命變長的現象,很可能是出在儀器身上,儀器接受粒子的信號,不是借助光子就是借助電子,測得的數據可能仍舊是“觀測時間”,而非“真實時間”。
這是我大致的預測,這兩種實驗的存在,也是讓我不敢確保我的觀點絕對正確的主要原因所在。
不過反過來想,如果不同空間的物體時間是不統一的,有的快有的慢,那麽在這兩個物體之間,一定存在某種隔膜,那存在的隔膜是怎麽的模式?事實上這個隔膜的存在,擾亂了宇宙間物質的力學平衡,也破壞了能量守恒的原則。
“時間和空間的相對性”這中理論續了這麽久(我已經默認了這種理論是錯誤的,嘿嘿),某種程度上也反映出,物理學家對於“時間”這種概念的了解還是處於一種比較模糊的狀態!
對麵的你真的了解“時間”的本質嗎?
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