超光速狭义相对绝对论

超光速狭义相对绝对论 超光速论 谭 强 相对论和量子力学无疑是20 世纪物理学最惊心动魄的发现，它们构成了今 天的物理学，乃至整个科学的两大理论基石。它们不仅使人类获得了对自然界的 前所未有的深刻理解，同时它们所引发的技术革命，如核能的利用，激光的发明， 电子计算机的出现等等，也深深地改变了人类的生活。然而，相对论和量子力学 却不愿“和睦相处”，例如，相对论禁止任何比光更快的能量运动和信息传输， 而量子力学却允许某种超光速影响的存在。 物理学家们将量子力学与相对论的这一不协调性问题，称为20 世纪末物理 学晴空中的“一朵乌云”。 关于对真空中的光速的测定，无论是双程光还是单程光，都明“光速不变” 是正确的。“光速不变原理”是狭义相对论建立的关键，只要承认迈克尔逊—莫 雷的实验结果，我们就不得不接受狭义相对论。另外，狭义相对论已经接受了无数实践的检验，它的理论与实验结果非常一致。到目前为止，几乎未发现与狭 义相对论矛盾的实验。 超光速现象 狭义相对论认为：所有信号的传播速度，包括物体相互作用的传递速度、 能量的运动速度都不能超过光速c，否则，将会出现时间倒流、因果颠倒的情 形。 显然, “时间倒流”事件是科学的禁区，它是不可能发生的，而超光速现象却存在： 若在地球表面上建立一个圆形转盘，只要转盘以ω=2X10-3弧度/秒的角速度 转动（即每圈3140秒?52分钟），就可以使太阳相对于转盘上观察者的切向速 1 度达到光速，但太阳的直径相对于观察者却几乎是不变的。太阳以远的恒星相对 于转盘上观察者的切向速度则都是超过光速的。但是，这样的运动并不传递能量 和信息。 2000年7月，英国《自然》（Nature,2000,406:277）杂志发表了一篇关于“超 光速”实验的论文，王利军等三位科学家最新的研究成果，首次证明了世界上有 比光速还快的东西：激光光波在铯气室前进的距离，是同一时间在真空中所能穿 越距离的310倍。这样的运动是否可以传递能量和信息，仍然存在很大争议。 根据量子力学，在相互纠缠的微观粒子（如电子、光子等）之间存在某种不 可思议的超光速关联，如果对其中的一个粒子进行测量，另一个粒子将会瞬时“感 应”到这种影响，并发生相应的变化，而无论它们相距多远。这种信息的传递是“超光速”的。 德国科隆大学的Gunter Nimtz用微波实现了“超光速”。他甚至把莫扎特 第40号交响曲调制在信号上，以4.7倍光速的速度将它传输通过12厘米厚的障碍物。 另一种“超光速”现象是“量子超空间传输”（ quantum teleportation），这方面的实验已在1997年实现了（Nature,390,575.1997）。这个奇妙的现象与量子信息传递及量子计算机的实现有密切联系。在量子超空间传输的过程中，遵循量 子不可克隆定律，通过量子纠缠态，使甲乙粒子发生关联，量子态的确定通过量 子测量来进行，因此，当甲粒子的量子态被探测后，甲乙两粒子瞬时塌缩到各自 的本征态，这时，乙粒子的态就包含了甲粒子的信息。这种量子信息的传递是不 需要时间的，是真正意义的超光速（也可理解为超距作用）。 显然，实验已经证明，光速并不是信号传播的极限速度。 另外，根据运动的普遍性原则，完全可能存在：某些物体本来就是处于超光 速状态的。 如果假定物体运动的速度大于光速 c时，爱因斯坦的狭义相对论仍然是正 确的，我们将得到虚数的时间、虚数的空间和虚数的质量。但我认为，对“虚 数”物理量的解释是不能令人满意的，“虚数”的物理量根本不存在，它不过是 相对论的怪胎之一，是相对论一个没有事实对应的虚数解。 2 对于所有物理规律，人们大都可以找到它的模型，但并非所有的数学 结论都对应一个物理事实。 显然，爱因斯坦狭义相对论已经不适合于超光速范围，既然超光速是客观 存在的事实，我们就必须予以研究，建立新的理论。 二、“光速不变”的本质是什么？ 光速不变原理与伽利略速度变换毫不相容，但与实验结果一致。狭义相对论 是在假设光速不变，从时空关系出发,推出运动物体相对性效应的，而引起光速 不变的真正原因却没有交待。这种从“关系”到“事物”的理论隐藏着严重的缺 陷。隐藏在“光速不变原理”背后的本质究竟是什么？爱因斯坦并没有作出合理 的解释。 为什么时间可以变,空间可以变，质量可以变,什么都可以变,只有“光速”才是宇宙中唯一永恒不变的东西？ 我认为，“光速不变”的关键在于光子没有静质量，因而光子没有惯性，光 子的运动不受坐标系运动的拖动，故光速不满足加利略速度叠加原理，光速与 光源的运动无关。由于光源的运动与观测者的运动是相对的，所以，光速也与 观测者的运动无关。 我们知道，在介质中，光子的能量为：E=c 222 1/2m=cm0/[1-（u/c）] 其中，u是光子在介质中的传播速度，c是光子在真空中的传播速度,m0是光 子的静止质量。而m0=0，uc)沿x轴方向运动，x'与x在同一轴上， 且t=0时，O'与O重合(如下图)： 根据“超光速论”的基本原理，假设新的“时空变换”为： x=k(x’+ ut’ ) ， y=y’, z=z’ 新的“时空逆变换”为： 4 x’=k(x-ut ) ， y’= y, z’= z， 根据牛顿第二运动定律和质能关系，可以求出物体的运动质量为： m=m2 1/20/[1-（c/u）] [见第7页（四）“超光速物体”的质量] 故新的“时空变换”因子应取： 2 1/2 k=1/[1-（c/u）] 由此得到超光速物体的“坛蔷时空变换”： x=k(x’+ ut’ ) ， y=y’, z=z’ x’=k(x-ut ) ， y’= y, z’= z， t= k{t’-x’[(1/k2)-1] /u}， 2t’= k{t+x[(1/k)-1] /u} 坛蔷速度变换为： 2V’=（V-u）/{1+ V[ (1/k)-1]/u}, 23=（V-u）/[1-（Vc/u）] 坛蔷速度逆变换为： 23V =（V’+u）/[1+（V’c/u）] 2 1/2 其中，k=1/[1-（c/u）] 所以，超光速物体运动的速度可以无限叠加。 当u> c时，如果V’=c，则V?c，这意味着：当u>c时，“光速不变原理” 不再适用。 （三）“超光速领域”的时空 5 /假设，惯性系S相对于惯性系S以速度u（u>c）作匀速直线运动，S系中 ///有两事项P（x,t）和P（x,t），这两事项在s系的坐标为P’（x,t）和111222111 //P’（x,t）， 222 ////设?t’=t -t,?t=t2-t1 ?x’= x-x, ?x = x-x 212121 222t= k[t’-x’（u-2c）/uc] /对于在S系静止的时钟，x’=0， 2 1/2 所以：[1-（c/u）] 显然，?t’c)，时间坐标与空间坐标有关，因而“同时性”在不同的惯性坐标系具有相对意义。时间是相对的、不均匀的，运动是绝对的。 [1-（c/u）2 1/2 ] //当?t’=（ t -t）>0时，必有?t=(t2-t1) >0， 21 //即当t2>t1时，必有t > t 21 6 这意味着：在超光速范围(u>c)，时间具有不可逆性，超光速不会导致时间 倒流。时间是连续的，它无始无终；宇宙是固有的存在，没有开始，也没有结 束。 空间是相对的、不均匀的，但空间具有连续性； 根据速度变换可知，超光速物体运动的速度可以无限大。 当u> c时，如果V’=c，则V?c，这意味着：当u>c时，“光速不变原理”不再适用。 虽然光速已不再是速度的极限，并且“光速不变”也不再适用于超光速系， 但是，光速仍然是一种具有特殊意义的临界速度，它作为“普通物体”和“超光 速物体”的速度“分界线”，仍然是一种非常重要的特征速度！ （四）“超光速物体”的质量 牛顿第二运动定律可以写成: F=dP/dt（P=mu） 22 (udm/dt)+(mdu/2dt)=Fu 2而Fu=dE/dt, E=cm 222即(udm)+(mdu/2)=dE=(cdm) 222u+du/(2dm/m) =dE/dm=c 222将dm/m =2mdm/m=2dm/m代入上式得: 22222 u+[du/ (dm/m) ]=c 22222du=(c-u)(dm/m) 2222当速度u不变时,则du=0,即(c-u)(dm)=0 2222将上式从m到m?积分，当u=?时，m=m? 即,超光速物体的运动质量为： 221/2 m=m?/[1-（c/ u）] 在超光速领域，物体的运动质量( m)随着自己运动速度（u）的增大而减小。当物体运动的速度（u）无穷大时，物体的运动质量等于m?；根据宇宙的对称 性，我们有理由相信，m0=m? 如果物体的静止质量m0（或m?）不等于0，当物体运动的速度（u）慢到非 7 常接近光速时(u?c)，物体的运动质量( m)趋于无穷大。 （五）“超光速物体”的能量和动量 超光速物体的能量为： 2E=mc 2221/2=cm?/[1-（c/u）] 2221/2=cm0/[1-（c/u）] 2超光速物体的动量为:p=mu=Eu/c 由此可知，在超光速领域(u>c)：当物体运动速度(u)变大时，它的能量(E) 22就会变小。当物体运动速度(u)趋于无穷大时，它的能量为有限值E=cm?=cm0， 而它的动量无穷大。 这意味着，物体在失去能量时加速，获得能量时减速。对于高速太空旅行而 言，这是再好不过的了。这样，有限的物质就可能发射具有无穷大速度的信号， 因而自然界有瞬时信号存在。 要使超光速物体的速度降低到光速(c)，除非物体的静止质量（m0）等于0 （m0=0），否则，必须给物体施加无穷大的能量。光速是两个宇宙之间的界线，在 引力的本质被发现之前，普通物体（静止质量不等于零）是不能超越光速的。 如果弄清了万有引力的本质，只要在物体的运动速度(u)达到光速(c)之前这段时间内，消除万有引力场对物体的影响，例如，对物体施加“反引力子”（或 “斥子”），就可以使物体完全不受引力的作用，从而使物体的静止质量为零。物 体的运动速度(u)可以不断提高，直至达到光速(c)。 在超光速领域，当物体的运动速度(u)超过光速(c)之后，如果不撤消“反引 力子”， 物体的运动速度（u）当然可以不断增大。 即使撤消“反引力子”，由于其运动质量（m）随物体的运动速度（u）的增大而减小，如果给物体一个有限的阻力（F），物体就会损失能量，它的运动速度 （u）就可以不断增大。 要使超光速物体的运动速度(u)降低到到光速(c)，要么必须对它提供无穷大 8 的能量（这是一件不可能完成的事），要么必须对物体施加“反引力子”（或“斥 子”），使物体完全摆脱引力的作用，从而使物体的静止质量为零。 根据大爆炸理论，宇宙是在大约140亿年前由一个密度极大且温度极高的状态演变而来的。在大爆炸起始状态中，宇宙的物质和能量的温度和密度极高（即宇宙的质量M和能量E是有限值）。 宇宙爆炸后，如果所有物质的运动速度被限制在光速之内，则宇宙的体积 是有限的，而不是“无边无际”的。假设宇宙的年龄为140亿年，则宇宙的半径小于140亿光年。 宇宙爆炸后，如果有部分物质受到“反引力子”的作用，完全摆脱万有引力 的作用，从而物体的静止质量为零，则物体的运动速度超越光速，它的运动速度 就可以不断增大，直至无穷大。宇宙的能量为有限值，但宇宙的体积无限大。假设宇宙的年龄为140亿年，则“慢宇宙”的半径仍然小于140亿光年。 如果广义相对论中的引力奇点（大爆炸起始点）是客观存在的，那么，这 个奇点的体积为无限小。 这样，牛顿在创立微积分中引用的“无限小”和“无限大”概念，就是客观存在的事实，而不仅仅限于数学中的抽象。 从逻辑上讲，如果上帝存在，他必定经常处于光速运动状态以永葆青春，也 必然可以处于“无限小”的体积状态以便可以穿越任何物质空间，也必然可以以“无限大”的通信速度随时到达任何地方处理任何事务„„ （

全文

企业安全文化建设方案企业安全文化建设导则安全文明施工及保证措施创建安全文明校园实施方案创建安全文明工地监理工作情况

完） 2006年4月 邮箱： tanqiang890422@163.com. 通迅地址：广西南宁市鲤湾路1-5号 联系电话：（0771）5860912，00380632932000，00380975580329 9