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第606章 附注:有关“时间”的两篇论文

如今我们中国人在应用物理方面已经有了突破性进展,但是在理论物理方面还是严重不足,在此附上笔者的两篇未完成的物理论文,希望能够起到抛砖引玉的作用,希望对现代物理研究有兴趣的书友们能够在网上广为黏贴推荐,集思广益!谢谢!

《时间膨胀理论是世纪大谬误,也是爱因斯坦的画蛇添足之举——时间本质与光速的关系之一》

在时光函数所著科幻小说《弛宇转》第三卷中,主人公秦弛与一位特殊生命体迪莉有一段关于时间膨胀和光速关系的对话。

……

“大哥哥,你们家乡一定有着关于速度愈大,时间将延迟膨胀的物理理论吧?”迪莉笑嘻嘻地问道。

“不错!”秦弛回答了一句,脸上很是困惑,“难道不是吗?”

“相对时间的膨胀理论实际上不存在,那是因为你们受到了数学理论的误导。”

迪莉回答道。

“误导?那为什么运动的时钟会变慢呢?”

秦弛很是好奇问道。

“在你们所谓的时间延迟科学实验中,你们计时器有着这样或那样的延迟现象,最主要的原因就在于你们的时间计时仪器太落后,没有剔除运动质量的增加以及空间尺度的缩短对时间计时工具本身产生的影响。”

“在粒子加速试验中,粒子寿命延长又怎么解释呢?”秦弛再次问道。

“在你们的粒子加速实验中,你们只见到了粒子寿命的延长,而忽略了粒子运动质量的增加以及粒子空间尺度的缩小对于粒子本身特性产生的影响。一旦粒子运动起来,此粒子已非彼粒子。”

秦弛呆愣了良久,开口问道:

“那时间流速到底是绝对还是相对呢?”

“呵呵呵,绝对的光速自然就意味着绝对的时间流速。”迪莉很是神神秘秘补充了一句,“相对的光速自然就意味着相对的时间流速。”

……

笔者想要在此强调的是,小说中的一切并不是作者臆想,而是拥有相当坚实的理论依据和实验推理依据,运动物体时间膨胀本身就不存在,这是百年来人们对狭义相对论认识的谬误,也是爱因斯坦本人的画蛇添足之举。

一、时间的定义和光速

时间是物理学中的七个基本物理量之一,符号t。在国际单位制(SI)中,时间的基本单位是秒,符号s,在1967年召开的第13届国际度量衡大会对秒的定义:铯-133的原子基态的两个超精细能阶间跃迁对应辐射的9,192,631,770个周期的持续时间。这个定义提到的铯原子必须在绝对零度时是静止的,而且在地面上的环境是零磁场。在这样的情况下被定义的秒,与天文学上的历书时所定义的秒是等效的。生活中常用的时间单位还有:毫秒ms、分min、小时h、日(天)d、月m、年y等。

如今,在真空中的光速是299792458米/秒。

二、相对论中的时间观念和光速

相对时间公式:

t=to[(1-v^2/c^2)]^0.5(1)

to是物体静止时的时间流逝的快慢,t是物体的运动时的时间流逝快慢,v是物体速度,c是光速。由此可知速度越大,物体时间走得越慢,当物体以光速运动,物体的时间就不再流逝,从而时间停止。

在相对论中,光速C是恒定的,不变的,在任何情况下都是299792458米/秒。

三、相对论时间观的验证

狭义相对论预言(这不是预言,而是数学假设、数学逻辑的结果),运动时钟的“指针”行走的速率比时钟静止时的速率慢,这就是时钟变慢或时间膨胀效应。直接的实验验证包括飞行μ子寿命增长和环球飞行原子钟速率减慢。

在此,笔者对于这两大非常著名的实验提出疑问。

1、飞行μ子寿命增长有没有排除粒子运动质量的增加以及粒子空间尺度的缩小对于粒子本身特性产生的影响?我想,这个实验的观察者只是选取了对自己有利的一组数据,而直接忽视了运动本身对飞行μ子物理特性的影响。

(求取:μ子的结构以及衰变原理,以及在加速时的物理变化)

2、环球飞行原子钟速率减慢有没有剔除粒子运动质量的增加以及粒子空间尺度的缩小对原子钟本身的影响?

(求取:原子钟的工作原理,以及理论计算结果。)

不谈其他,随着速度的增加,电子的荷质比将随着运动速度的增加而减小,随之出现了一个问题,电子的振动频率以及围绕原子核运行的轨道、运行速度会发生如何改变,想来实验者是直接无视了。

重要的是,随着运动速度的增加,速度方向上的原子半径也是会发生改变的,因为速度方向的空间尺度会缩短。原子空间尺度的变化会给原子钟带来怎样的影响?我想实验者也是熟视无睹了。

通过以上分析,我们可以得出一个这样的结论,历史上有关验证狭义相对论时间膨胀理论的实验和观察都是相当粗糙,相当武断的,有一种牵强附会、削足适屐的错乱感。

因此,可以得出这么一个简单结论,如果想要论证狭义相对论的时间膨胀理论,最好的时钟选择需要满足以下两个条件:

a、作为计时介质的质量不能受到运动速度的影响;

b、作为计时介质的空间尺度不能受到运动的影响。

这样的时钟,我们可以将它称为完美时钟。

那么,世上有没有完美时钟呢?在这个世上,我们还是能够找寻到这种完美时钟的,那就是完美光子钟。

四、完美的光子钟与完美的时间定义

我们可以设计一个一米长的圆柱体封闭空间,其中一端设置一个激光发射器,两端都能实现完美反射,然后再设置一个完美的接收器。那么发射一道激光束,激光束在圆柱体中每一次来回意味着2/299792458秒,也就是说,一秒钟完成149896229个来回,如此以来就成为最为理想的时钟——完美光子钟。

有了完美时钟,我们就可以进行完美的时间定义:光子在一米空间内完成149896229个来回的持续时间为一秒钟。

如此一来,我们这个时间定义应该比1967年召开的第13届国际度量衡大会对秒的定义,“铯-133的原子基态的两个超精细能阶间跃迁对应辐射的9,192,631,770个周期的持续时间”还要精确简单得多,而且不用考虑温度变化以及是否有磁场影响。

为了读者们方便理解,光速就取近似值30万公里/秒。如此一来,一秒钟内,激光束将在完美光子钟内走上1.5亿个来回。

五、完美光子钟实验及实验结果分析

我们现在设定有一艘飞船以约0.8660254038倍光速远离地球,飞船上携带有一只完美的光子钟。地球上也同样设置有一只完美光子钟做参考。

如此一来,按照狭义相对论理论,运动方向空间尺度将缩减。

尺度缩小公式:L1=L0[1-(V/C)^2]^0.5(2)

其中L0就是静止尺度,L1就是运动方向的空间尺度。

将V=0.8660254038代入,得到L1=0.5L0。也就是说,运动方向空间尺度是静止尺度的一半长。

按照狭义相对论时间观,无论带什么样的钟到飞船上,时间流速都会变慢,而且飞船速度越快,时间流速越慢。

时间公式:t0[1-(V/C)^2]^0.5=t1(1)

其中t0是地球上的静止时间流速,t1是飞船上的运动时间流速。

将V=0.8660254038代入,得到t0=2t1。也就是说,地球上的时钟走2秒钟,飞船上的时钟才会走1秒钟。

现在我们开始正式实验,看一看完美光子钟实验结果会不会同狭义相对论推导出的结果相吻合。

1、完美光子钟激光方向与运动方向垂直放置

如果完美光子钟放置方位与运动方向垂直,意味着一米的圆柱体空间依然是一米长,空间尺度将不变。如此一来,实验结果可能出现两种状况,一种是时间流速不变,另外一种情况是时间流速变慢。

1)时间流速不变如果时间流速不变,按照光速不变原理,激光束依然会在一秒钟时间内完成1.5亿个来回,时间记录将与地球上留存的时钟没有任何区别。

如此一来,第一种实验结果与狭义相对论推导出来的结果不符。

2)如果真如狭义相对论预言的那样,时间流速变慢,这意味着什么呢?

由于亚光速飞船上时间流速变慢,光速30公里/秒不变,因此在一秒时间(地球静止时间流速)内,飞船上的完美光子钟将完成0.75亿个来回,而地球的完美光子钟依然是1.5亿个来回。如此一来,就出现了三个大问题。

a、此光速已经非彼光速。在地球上的光速因为时间流速不变,因此在一秒钟内完成了1.5亿个来回;而亚光速飞船上,因为时间流速的变慢,使得光速因为时间流速的变慢而变慢,这就让绝对的光速变成了依附时间而存在的相对光速,这与狭义相对论光速永远不变前提相悖。

b、光速因为时间流速的变慢而变慢,这就意味着光子在宇宙强引力区飞行时候的速度与弱引力区的速度是不一样的,这貌似这与我们的天文观察结果有些不符。

c、我们需要厘清时间和光速到底是什么关系,是因果关系,还是因果倒置关系,或者是相生相伴的关系……由于太过烧脑,在此暂不做展开。

如此一来,这种实验结果与狭义相对论的存在基础——光速不变理论相悖。因此,暂时可以认为时间膨胀理论拥有诸多缺陷。下面,我们还需从事其他几个实验来验证时间膨胀理论的正确性。

2、激光方向与运动方向平行放置

这次实验将可能出现三种状况。

1)长度缩短

如果物体尺寸如狭义相对论预言的一样,运动方向空间尺度缩短,完美光子钟的圆柱体就将缩短为原来的一半长。按照光速不变理论,在一秒钟(地球静止时间以及与之等效的天文历法时间)之内完美光子钟将完成3亿次来回,也意味着飞船上的完美光子钟将比地球上的那只钟快上一倍。这与狭义相对论的时间膨胀理论完全背道而驰,因为这不是时间流速变慢,而是时间流速加快。

2)长度不变

如果飞船上不存在运动方向的尺度收缩,那么完美光子钟的时间记录将和地球上的完美光子钟一模一样。

如果空间尺度不变,那么讨论相对论将变得毫无意义,因此这种状况暂时排除。

3)长度增长

这种情况比较诡异!

如果增长的比例刚好是1/[1-(V/C)^2]^0.5,也就是2倍,那么也就刚好凑合了狭义相对论的时间膨胀理论,但是却与狭义相对论的空间收缩理论背道而驰。这家伙就有一些自相矛盾了。

当然,在现实状况下也不能排除这种灵异事件的发生,不过就需要另外建立一种崭新理论体系了。在此,暂时也排除不讨论。

3、激光方向与运动方向呈任意角度放置

按照狭义相对论空间收缩理论公式:

L1=L0[1-(V/C)^2]^0.5·COS∠A(3)

其中L1为运动方向缩小的尺度,COS∠A为完美光子钟与飞船运动方向的夹角。

也就是说,当飞船以0.8660254038倍光速飞行,如果完美光子钟激光发射方向与飞船远动方向呈任意角度A,那么完美光子钟一秒钟(地球静止时间)能够完成1.5亿+1.5亿·COS∠A个来回。

以上三种情形意味着,如果采用完美光子钟作为实验道具,亚光速飞船上的时间不仅不会出现所谓的时间膨胀,而且还会出现时间加速。由于时钟摆放的角度不同,时间加速可以从t0到t0的1//[1-(V/C)^2]^0.5倍,也就是1倍到2倍不等。

六、最终结论

完美光子钟实验表明,以往所谓的远动物体时间膨胀寿命延长之类的现象只是运动物体质量和运动物体空间尺度的改变造成的结果,与时间的真实流速没有半毛钱关系。

因此,笔者可以下这么一个大胆的结论:绝对的光速自然就意味着绝对的时间流速,时间膨胀理论是世纪大谬误,也是爱因斯坦的画蛇添足之举。物体质量和空间尺度的变化才是狭义相对论的精髓,也是导致时间膨胀假象的根源。

特别标注:实际上,只要证明光子是制作未来计时器最理想也是最科学的计时器就能证明爱因斯坦的时间膨胀理论是错误的。由于本人理论水平有限,因此希望广大物理爱好者能够各抒己见,给予合适的理论和实验证明。

那么,既然时间流速与物体运动速度无关,那又与什么东西有关呢?在此不妨提出一个极为大胆的假设:绝对的光速必然意味着绝对的时间流速,两者是一个硬币的两面。推而广之,变化的光速必然就意味着变化的时间流速。

《时间与光速的函数关系猜想——时间本质与光速的关系之二》

在时光函数所著的科幻小说《弛宇转》第六卷《幸运之门》中,主人公秦弛曾与空间管控者白灵之间有一段有关时间和光速的对话。

当时,主人公秦弛发现自己处在一个时间流速是外界十倍的奇异空间,因此才有疑问。

……

“难道光速与时间流速有关?”秦弛疑问道。

“确切点说,应该是真空中光速的差别与时间流速有关,而且是成反比关系。也就是说,时间的流速越快,真空中光速则越慢。反之亦然。”白灵解释道,“实际上,你们所在的宇宙时间一直在变快,也就是光速在不停变慢。按照质能守衡法则,你们宇宙物体的质量一直在往变重的方向发展。当然,这些都只是宇宙涨缩循环其中一个阶段而已。”

……

在《时间膨胀理论是世纪大谬误,也是爱因斯坦的画蛇添足之举——时间本质与光速的关系之一》文中,笔者曾提出了一个非常有意思的观点那就是“绝对的光速自然就意味着绝对的时间流速”,反之“相对的光速自然就意味着相对的时间流速”,实际上,我们需要辩证看待两种咋一看明显矛盾的观点。

如果宇宙中的光速永远不变,也就是永远都是299792458米/秒,那么意味着时间流速也将永远不变。不过,这个宇宙有绝对的东西存在吗?显然,是不可能的。由于探讨这个问题采用哲学更加合适,因此本文并不展开。

本文要探讨的问题是,时间的流速到底和光速是什么关系。在此,笔者将作出一个大胆的猜想。

一、时间的本质

1967年召开的第13届国际度量衡大会对秒的定义是:铯-133的原子基态的两个超精细能阶间跃迁对应辐射的9,192,631,770个周期的持续时间。这个定义提到的铯原子必须在绝对零度时是静止的,而且在地面上的环境是零磁场。

爱因斯坦在相对论中提出:不能把时间、空间、物质三者分开解释,“时”是对物质运动过程的描述,“间”是指人为的划分。时间是思维对物质运动过程的分割、划分。

在相对论中,时间与空间一起组成四维时空,构成宇宙的基本结构。时间与空间在测量上都不是绝对的,观察者在不同的相对速度或不同时空结构的测量点,所测量到时间的流逝是不同的。广义相对论预测质量产生的重力场将造成扭曲的时空结构,并且在大质量(例如:黑洞)附近的时钟之时间流逝比在距离大质量较远的地方的时钟之时间流逝要慢。

就今天的物理理论来说时间是连续的、不间断的,也没有量子特性。但一些至今还没有被证实的,试图将相对论与量子力学结合起来的理论,如量子重力理论、弦理论、M理论等,预言时间是间断的,有量子特性的。一些理论猜测普朗克时间可能是时间的最小单位。

根据霍金所解出广义相对论中的爱因斯坦方程式,显示宇宙的时间是有一个起始点,由大爆炸开始的,在此之前的时间是毫无意义的。而物质与时空必须一起并存,没有物质存在,时间也无意义。

实际上,如今物理界流行的观点就是,相对时间与速度有关,但是绝对时间还是孤立的,与其他物理量没有直接的函数关系。对此,笔者想要依靠简短的文字和简单的推理大体揭示时间流速和光速的关系。

二、完美光子钟异空间实验

我们设想有这么两个空间,a空间光速是30万公里/秒,另外一个b空间时间光速是60万公里/秒。

在两个空间,我们分别设施一个完美光子钟作为计时工具,完美光子钟的长度依然是一米。如此一来,当a空间的完美光子钟走一秒钟的时候,b空间的完美光子钟已经走了两秒钟。

也就意味着,a空间的时间流速是b空间的两倍。看得出,a空间的时间流速与b空间的时间流速刚好与光速成反比关系。

如此一来就产生了一个函数关系式:

Ca/Cb=dtb/dta

其中Ca为a空间的光速,Cb为b空间的光速,dtb为b空间的时间流速,dta为a空间的时间流速。

这种函数关系我们姑且将它称之为时光函数关系。

实际上,我们还能够从我们现代物理的基础理论之一——伽利略变换推导出时光函数关系。

三、时间与光速关系的伽利略变换推导

我们回到洛伦茨变换的起始点——伽利略变换。

若O′-x′y′z′参照系沿着x轴方向以速度v相对于O-xyz参照系运动,且t=0时两参照系的原点重合,则两参照系之间有如下关系:

x'=x-vt

y'=y

z'=z

t'=t

从而得出伽利略速度变换:

dx'/dt'=dx/dt-u(1)

dy'/dt'=dy/dt

dz'/dt'=dz/dt

即:

V’x=Vx-U(2)

V’y=Vy

V’z=Vz

其中V’x=dx'/dt',Vx=dx/dt。

因此,V’x/Vx=dx'dt/(dxdt')(3)

假定dx'=dx,那么式(3)可以变化为

V’x/Vx=dt/dt'(4)

式(4)物理上的意义就是当位移距离相同时,运动的速度与运动花费的时间成反比。

假定V’x等于光速C’,Vx等于光速C,就会得出这么一个等式:

C’/C=dt/dt'(5)

式(5)的物理意义就是,在特定空间内,光速的绝对快慢与时间的绝对流速成反比。

在此需要特别说明:

第一,当光速永恒不变,也就是C’恒等于C时,自然就还原为如今狭义相对论的基础——光速永恒不变理论。

第二,当光速数值改变时,狭义相对论中有关速度合成、空间尺度收缩、质量增加、质能变换理论、公式依然适用。

三、时光函数的物理意义

时光函数的立论根本是:这个宇宙的一切都处在不断运动变化之中,人类社会在改变,地球在改变,太阳系在改变,银河系在改变,宇宙在改变,宇宙的许多参数同样也在改变。

现代物理学,无论是牛顿的经典物理,爱因斯坦的相对论,这两大宏观理论体系都建立在对宇宙的静态观察之中;量子物理理论虽然对宇宙的观察具有动态观察的一面,但是仅限于微观层面。笔者希望,时光函数的存在让现代物理学的宏观与微观,静态与动态之间架起一座可以沟通的桥梁。

例如,质能公式E=MC^2,将时光函数带入后就转变为:

MC6^2=E=M’C’^2

也就是:M/M’=(C’/C)^2

这个等式的物理意义就在于,在能量守恒的前提下,质量的改变与光速改变的平方呈反比;这是一个宇宙能量、质量、光速动态变化过程的描述。

鉴于笔者的理论物理水平以及数学水平极为有限,推导过程显得有些粗糙,论证过程说服力不足,希望有兴趣的读者可以不断深化和论证。

在科幻小说《弛宇转》中,对于现代物理以及宇宙提出了不少有意思的思考和探索,时光函数猜想只是其中一个比较成熟的猜想和推断而已,希望有兴趣的朋友可以去阅读了解一番。

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