第一百九十一章 相對速度
「噢!天啦!天啦!我不知道該說誰正確,因為它們都是專家計算出來的,比如泰斗級別的霍金普,再如大名鼎鼎的索爾泰曼,原理、公式、方法、參照系都一樣,但結果卻顯示作為速度標量的速率大不一致。如果他們都正確,那為什麼會有如此大的差異?」
帕弗洛找到了足以駁倒眾人的理由,不無得意而又誇張地大吼大叫。
他公開點名一些科學家,並無貶低他人以抬高自己的意思,僅僅是想讓觀點更具說服力,但結果卻適得其反,引發激烈爭執,幸好肖赫塞斯及時解圍,才讓他避免了更大的尷尬。
肖赫塞斯的威望足以服眾,他提醒大家,說:「不要期望天才面面俱到,他還常罵我和卜藏是兩個老酒鬼呢。我們需要足夠的善意聽他說……」
他感激地看了一眼老酒鬼,繼續將腦細胞浸泡在酒精中,大放厥詞。
假設A、B間距離為一千八百萬公里,飛船以每秒十萬公里的速度飛行,那麼所需時間以一千八百萬公里除以飛船速度,為一百八十秒,即三分鐘。
由此可知,雖然飛船一直以光速三分之一的弱光速飛行,但從A到B的實際速度卻為每秒五十萬公里,已大大超越了光速,個中原理就是相對論。
人類根據該原理研發曲速引擎,希望通過扭曲時空來實現超光速躍遷。
問題是,既然以光的速度為標準,為什麼比光子質量大許多、速度相應慢許多的飛船,只需幾十年或上百年就能到達銀心或飛出銀河系,而光子卻要幾萬年,乃至幾十萬年才能抵達?難道光是小媽生的?只有人造飛船才有相對加速度,因而能大大減少時間?
有人說,光年是距離,不是時間,別把概念混淆了。但別忘了,光年是以光在一年中所到達的距離來作為度量單位,和時間密不可分。可以說,沒時間,光年也不存在。因而同樣是物質,飛船能因相對論得到比理論速度更快的實際速度,為什麼光不能?
當然,這牽涉到靜止質量。
通過物理手段對某一物體降速,使之和某個認為視定靜止的參照系相對靜止,所測量得到的質量,就是靜止質量。一般物體都能降速到和地表相對靜止的狀態,由此測得靜止質量。
相對論認為,物體質量隨運動速度變化,只要不運動,質量就是0。
光子一直運動,所以只有運動質量,沒有靜止質量,故速度恆定。
因此,光子不可能有加速度。
從經典物理學的粒子說到波動說,再到相對論的波粒二象性,我們終於知道光不但有質量、動量、能量,還有頻率和波長。根據相對論,有靜止量的物體相對於觀測者的速度越快,質量就越大。因光速對一切觀測者都恆定為c,所以光子不應當有靜質量。
的確,這在理論上正好沒矛盾,也符合我們認知,但也僅僅是我們的。
回到物理學最基本的問題,物體所含物質的數量叫質量,是度量物體在同一地點重力勢能和動能大小的物理量,是物體所具有的一種物理屬性,是物質的量的量度,是正標量,分為慣性質量和引力質量。自然界中的任何物質,包括宏觀的天體和星系,與微觀世界的基本粒子,當然也必包括光子在內,皆既有慣性質量,又有引力質量。
經典物理學告訴我們,給定的物體具有一定的慣性質量,它作為一個與時間和空間位置無關的常數出現在力學第二定律之中:F=ma,即物體加速度的大小a與所受力F的大小成正比,比例係數m為該物體的慣性質量。所以,沒有慣性質量等於零的物體存在。
相對論將慣性質量細分為靜質量、動質量、相對論質量(總質量)。
這其中,相對論質量與靜質量的差為動質量,所以動質量實質是變數。
但無論怎樣分,靜質量仍然是慣性質量。既然沒有慣性質量為零的物體存在,那麼光子作為基本粒子的一種,也就應該且必然有靜止質量。
在人類看來,光不受時間和空間限制,在真空以每秒三十萬公里的速度作慣性運動,從不減速或停下來,所以沒有靜止質量。但這僅僅是人類以狹義的觀察而認識到的,並不真實。
即便是在三維,觀察發現,光也會因時空而彎曲,而時空就是真空。
那彎曲意味著什麼?
在二維時空坐標圖裡,時間每走一格,都代表前進了一個固定的距離,所以坐標中的直線代表了勻速運動,但將直線改為曲線時,隨著時間t的不斷增大,我們每一秒前進的距離也在相應增大,因為斜率時時刻刻都在發生變化,表明彎曲代表了加速運動。
顯而易見,當物體的運動軌跡在時間與空間組成的交界面上產生曲率的時候,加速度就產生了。所以,光子一定有靜止質量,也一定存在加速度。
因光是電磁波,光速依賴於介質的介電常數和磁導率,故在不同介質中的速度不同。在各向同性的靜止介質中,光速表現為小於真空光速c的定值。
因折射,光在水中的傳播速度為空氣中的四分之三,在玻璃中的傳播速度為空氣中的三分之二,而為什麼在真空環境,就只有一個恆定的速度呢?
由曲率產生加速度可知,光在真空的速度不恆定,只是我們觀察不到。
為什麼觀察不到?
因為我們被限制在了三維空間,只能以三維世界作背景來參照,所觀察到的光子運動也就只能是光在二維時空坐標圖上以直線顯現的二維態,所以才誤以為光速是勻速而恆定的。
由此也說明人類並非完整的三維生命體,只是二維半,能感知三維。
光子運動,也即光的傳播在三維空間是以二維的勻速直線運動來顯現。可以想象,在四維應以曲線傳播,那五維呢?六維呢?…………更高維呢?
在不同的維度空間,光還是無靜止質量,不會產生更快的加速度嗎?
光在黑洞消失,是因黑洞引力改變了事件視界內的時空,所以看不見,並非真被黑洞吞噬了。這是否也說明,在不同時空,光會以不同速度運動,才有看不見的假象?或者……
說到這裡,帕弗洛忽然停下來,抬頭瞧著天花板,怔怔發獃。
普羅米斯見他住口不語,一副喪魂落魄的樣子,輕聲說:「人類所見物體都是包含三維的長、寬、高立體形狀和球狀,不是二維半。你提出的空間變數也只是一個猜想,沒有依據……」
「不對!不對……」
帕弗洛突然瞪大眼,說。
普羅米斯見他神情有異,以為又要爭論,忙說私下再探討。
帕弗洛搖搖頭,怔怔地說:「我腦中剛閃過一絲念頭,好像看到什麼,卻又很模糊。對了,還記得我們做過的那個實驗嗎?脈衝光超光速實驗?」
「嗯,記得。關於空間曲率的奇特現象,那是我們爭論的開始……」
「對!球面是一個二維的彎曲空間,在滿足一定條件的集合中,給定一個二階協變張量場,就能改變空間態,且是對稱、非退化的。噢!我終於明白為什麼要拿超光速說事了,因為曲率不僅體現空間彎曲,還有可能表明空間疊合。E=mc的確要加入空間變值……」
人類嚮往星空,渴望超光速飛行,但狹義相對論禁錮了人類的夢想。
該理論基於兩個假設,即光速在任何參考系中恆定不變,和任何情況下參考系不變,即先規定了萬物皆靜止不變,進而才能限定物體速度的臨界點為光速,達到則時間停止,超過則倒流,因此不允許超光速存在,並在此基礎上構建起著名的質能方程式:E=mc。
所以如此,是相對論認為超光速與熵增不符,當物質接近光速時,儘管物質本身的運動速度沒變,理論速度卻因時間無限減慢而無法打破光速上限。
物質越趨近光速,時間越趨近靜止。支撐這一觀點最典型的就是「外祖父悖論」,以為時光倒流會破壞因果律,使對過去任一微小的改變,都會極大地顛覆未來,造成時空錯亂。
所以,超光速不能成立。
但恰因熵的關係,萬物無限向前運動,如星系團、星系群、星系、恆星、行星等皆呈螺旋狀繞各自中心向前行進,直至熵滅,不可能停留在某一點,也就不可能等某一人返回該點。
這就好比看電影,每一幀畫面就是一個時空,播放員無數次回放影片,讓影片中的時光任意倒流,但影片中的角色永遠也回不到最初或前一幀時空畫面,因為時光倒流與他們無關。
放大到宇宙,能時光倒流的只有創造宇宙的上帝、神或大爆炸的奇點,只有祂們才能像播放員那樣任意回放宇宙大片,而人類只是片中的角色。
所以,即便某人能以超光速回到過去某一時空界面的某一原點,因該原點必然體現出實相,而實相因時空運動的絕對性,已在無限向前的螺旋運動中被熵永遠棄之於後,故他或能像觀眾那樣無限接近,甚而觀察,但就是進不了如同屏幕的原點,無法改變過去。
想要改變,除非熵能恢復燒掉的部分,形如再來一次宇宙大爆炸。
這裡所說的無限接近甚而能觀察到原點,還有一個必要條件,就是該人能夠活到二億二千歲,隨太陽系繞銀心運行一周后,回到一個近似的原點。
個中關鍵,是將超光速的作用無限誇大,同時忽略了熵增的不可逆、時空運動的絕對性,和人在三維世界的局限性,以為有了速度就無所不能。
人類局限在三維,以為熵始終呈直線向前運動,不斷燃燒,直至熵滅。
同時,時間也因熵增而存在,同樣呈直線向前運動,隨熵滅而滅。
但在更高維度空間,熵增和時間還是像人所以為的呈二維直線運動嗎?
而且,三維空間的物理性質未必適用於其他空間,即參照系可變。
因此,超光速無法否定。
金星戰爭爆發前,帕弗洛和普羅米斯為了研究量子關聯傳播,以縮短太空通訊時間,實現超光速通訊,在實驗「四波混頻」的新方法時,發現了超光速脈衝,從而認識到狹義相對論的光速不變,即光在真空中的傳播速度是宇宙極限速度的結論,存在漏洞。
實驗表明,短脈衝光和鐘聲一樣,以對稱曲線形式傳播,波曲線的前端速度雖未超光速,但波峰向前後傾斜,導致稍早或晚於波本身到達的時間。
二人採用四波混頻方法向加熱小室發送了二百納秒長的種子激光脈衝,充斥小室的原子銣蒸汽放大脈衝后使波峰向前移動,從而實現了超光速。
與此同時,他們還觀察到種子激光脈衝發出的光束,經與銣蒸汽相護作用后產生的第二束脈衝——共軛脈衝的波峰,同樣能比光速稍快或稍慢。
實驗中的脈衝波峰比真空中光速快了五十納秒,說明超光速不僅能實現,還能持續地實現。
經由本次實驗,二人還發現通過測量脈衝之間的量子失諧,有望利用超光速脈衝解決飛船在超光速航行中至關重要的量子信息傳播和通訊問題。
對超光速的研究不止於此。
七八年前,華胥超光速專家丈操在實驗中藉由信號發生器和高性能示波器測量證明,在小於3MHz的頻率區,縱向電場的速度可超光速二十倍以上。
該實驗的思路很簡單,就是讓電場經過兩個賽道賽跑,使交流電源產生的電動勢在電路的金屬導線內產生縱向電場。而縱向交變電場在金屬導線中能以超光速傳輸信號和能量,被電磁理論長期忽視。實驗表明人類可以常規手段,低成本實現超光速,並重複使用。
上述兩項實驗至少證明了相對論的應用範圍有限,超光速絕非幻想。
相對論以主觀預設的靜止不變為前提,不允許超光速存在,但微觀世界卻沒有這樣的假設,因而發現了量子糾纏可超光速一萬倍,這也是宏觀物理和微觀物理截然對立、矛盾的一個方面。帕弗洛和普羅米斯之爭,實質上是宏觀物理理論與量子物理理論之爭。
相關實驗和更多的天文觀察表明超光速確實存在,不只是能量,物質在一定條件下同樣可以實現超光速。當然,從實驗進入實際應用,還有相當漫長的路要走,沒法一蹴而就。
不管怎樣,從無到有,從不可能到有可能,是人類認知的一大飛躍。
也就是在帕弗洛和普羅米斯對激光脈衝進行量子失諧試驗時,發現當電流垂直於外磁場通過導體,載流子偏轉,垂直於電流和磁場的方向出現了一個神秘的電場,在導體兩端形成電勢差,使他們首次窺見到四維空間的存在。
利用電勢差效應,即電子只能在事前確定拓撲通路的二維狀態中運動,磁場作用下,電流僅在物質邊緣流動的特點,帕弗洛異想天開地通過創建虛擬維數而非介入觀察,刻意避開量子雙縫實驗的觀察者效應,將兩個特定設計的二維態電子合在一起,竟十分意外地促使二維空間直接轉換成了四維空間,由此捕捉到極短暫的四維空間特徵。
運用這一驚人發現,通過對比光譜,帕弗洛懷疑亞娜尼深空望遠鏡曾拍攝到四維空間圖像,推斷光子在高維空間的運動速度極有可能超光速。
但二人的爭論也隨之而來。
如果由三維生成四維空間,普羅米斯能接受,畢竟二者相連,但由二維直接生成四維空間,則完全不認同,因為這表明高低維是可任意疊合的,等於已知的所有物理學理論全錯了。
試想,將一個物理性質完全不同的四維宇宙內嵌於二維宇宙,會怎樣?
再次做相同的實驗后,又未發現,他認為一定是哪裡錯了,所生成的只是三維空間,頂多巧合,但三維和四維的結構明顯不同,且光譜對比的確與亞娜尼深空望遠鏡拍攝的圖像吻合,又無法否認,因而陷入深深的矛盾中。
帕弗洛則拿當年宓妃在方瀛島神秘失蹤的事件來佐證,而且宓妃發來的深空照片,普羅米斯至今仍保存在手機中,且他當時也和帕弗洛一樣,大膽捨棄所有與之不符的物理理論,才做出了一個有悖於物理學常識的假設性推論,這讓他面紅耳赤,更無力辯解。
但宓妃畢竟沒有再出現,而這樣的實驗又只有一次,故帕弗洛也沒法證明自己說的就一定是對的,心裡同樣疑惑。但現在,經由對超光速的分析,他突然意識到的確存在時空疊合。
時空疊合意味著什麼?
他和普羅米斯開創性地將對四維空間的不可觀測,變成可能,由此發現高維空間不僅存在於低維空間外,還有可能存在於低維空間內,這要成立,等於顛覆了人類對宇宙的所有認識。
經由經典物理學、相對論、量子理論、弦理論等,科學界逐漸認識到我們的宇宙是三維,在本宇宙之外,可能還存在同為三維的平行宇宙,或多維宇宙、多重宇宙,像無數大大小小的氣球,或並列,或由大到小地一層層包含,但不認為彼此能互相內嵌或疊合。
這好比將一個體積、質量、大小不同的氣球,強行放入另一個氣球中,不論物理法則是否相同,激烈衝撞、擠壓下,不是將另一個擠爆,就是俱毀。
科學界作出這樣的結論,當然是有充分依據的,如宇宙各向同性。
各向同性表明我們宇宙的物理法則一樣,既然不存在不同的物理法則,就不存在不同時空、宇宙的內嵌或疊合,因而帕弗洛的猜想得不到任何支持。
但真如此嗎?
同樣以各向同性為例。
如果宇宙真的各向同性,又怎麼存在大規模運動模式中,向宇宙南北兩極的大尺度流動偏向問題?因為偏向表明不同性,不同性就表明存在著不同的物理法則,進而表明同一時空或宇宙中,就有可能存在不同的時空或宇宙。
人類肉眼所見,並不僅限於三維,只因意識沒感知到,故而無知。
帕弗洛似醉似醒地想著,神馳飛揚又稀里糊塗,很快又發獃了。