第十一章 宇宙漂移論

仙界一日內(nèi)，人間千歲窮。觀棋未偏局，萬(wàn)物皆為空。

樵客返歸路，斧柯爛從風(fēng)。唯余石橋在，憂自凌丹虹。

——孟郊

一、光速悖論

時(shí)間相對(duì)曾經(jīng)被認(rèn)為是神話，結(jié)果科學(xué)的發(fā)展證實(shí)了古人的觀念。

愛因斯坦狹義相對(duì)論基本假設(shè)：光速是個(gè)常數(shù)，光速與光源運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)，即真空中光的傳播速度在各個(gè)方向都是相同的，與光源的運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)。

根據(jù)這個(gè)假設(shè)，推論光子的靜止質(zhì)量是零，運(yùn)動(dòng)質(zhì)量為m=hν/c2。當(dāng)物體的速度接近光速時(shí)，時(shí)間變的越來(lái)越慢，并且推論任何有質(zhì)量的物體運(yùn)動(dòng)速度不能超過(guò)光速，因?yàn)槌^(guò)光速就會(huì)出現(xiàn)時(shí)間倒流。根據(jù)質(zhì)能公式，任何有質(zhì)量的物體運(yùn)動(dòng)速度接近光速時(shí)質(zhì)量無(wú)窮大，進(jìn)一步加速需要的能量也趨于無(wú)窮大，所以沒有辦法增加其速度。

相對(duì)論已經(jīng)取得系列證實(shí)，但這理論仍是公理，仍然存在很多問題。

光速為什么是宇宙中最大的速度？為什么正好是30萬(wàn)公里/秒，而不是60萬(wàn)公里/秒？宇宙為什么要將最大的速度給光子而不是給人呢？是誰(shuí)制訂了這個(gè)規(guī)則？

光子靜止質(zhì)量為零是理論的推論，誰(shuí)見過(guò)靜止的光子，不但是光子，宇宙中有哪個(gè)物體是絕對(duì)靜止的呢？

根據(jù)量子理論測(cè)不準(zhǔn)原理，不能同時(shí)確定兩個(gè)量：如果光子是靜止的，那么說(shuō)明空間就確定了，就不可能再確定質(zhì)量，更不可能質(zhì)量為零；如果光子的質(zhì)量為零，那么就不可能再確定空間是靜止的，所以光速靜止質(zhì)量為零是違反量子理論的基礎(chǔ)，又如何成為量子理論一部分呢？

如果解釋光速悖論？

二、狹義相對(duì)

1．絕對(duì)時(shí)空

絕對(duì)時(shí)間和絕對(duì)空間概念源于古希臘思想，特別是亞里士多德、牛頓等許多人構(gòu)想過(guò)一種參考框架，一種絕對(duì)靜止的狀態(tài)，它類似于一個(gè)巨大的、延伸到整個(gè)宇宙的網(wǎng)絡(luò)。

相對(duì)于這個(gè)框架或狀態(tài)，一切物體的運(yùn)動(dòng)就可以在實(shí)驗(yàn)上和理論上與它比較。例如一個(gè)在火車上走動(dòng)的乘客，如果以火車為參照系，他的速度可能每小時(shí)幾公里，如果以靜止的鐵軌為參照系，他的速度可能每小時(shí)200公里。那么研究物體的速度應(yīng)該依據(jù)什么參照系為最基準(zhǔn)的呢？

牛頓認(rèn)為宇宙中存在絕對(duì)時(shí)間和絕對(duì)空間：絕對(duì)時(shí)間是存在于物質(zhì)之外均勻流逝，與空間沒有任何關(guān)系。具體的時(shí)間計(jì)量單位，如秒、分等只是相對(duì)的時(shí)間。絕對(duì)空間也是與物質(zhì)無(wú)關(guān)，是均勻、恒定不動(dòng)，且能容納物體及其運(yùn)動(dòng)的大容器。具體的空間計(jì)量，如長(zhǎng)度或容積的米、公里、光年、秒差距等或其立方則是相對(duì)空間。

牛頓認(rèn)為絕對(duì)空間應(yīng)與太陽(yáng)系的中心重合，后來(lái)有人進(jìn)一步認(rèn)為應(yīng)該用所謂固定恒星的參照系，作為絕對(duì)空間的框架。

從邏輯上講，牛頓力學(xué)存在問題。

首先宇宙中能看到的任何物體都在運(yùn)動(dòng)，那么絕對(duì)空間的中心就是在不斷地運(yùn)動(dòng)，既然是運(yùn)動(dòng)的中心那么就不是牛頓希望出現(xiàn)的那個(gè)不變的空間中心。用所謂恒星系來(lái)代替太陽(yáng)系的中心也存在同樣的問題，恒星之間也在變動(dòng)，只是因?yàn)樗鼈兙嚯x我們很遠(yuǎn)，不容易觀察而已。

其次牛頓定律的運(yùn)動(dòng)都是相對(duì)的，即兩列火車對(duì)面開來(lái)，速度都是100公里/小時(shí)，在勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，大家都感到自己沒有動(dòng)，是對(duì)方的火車處于200公里/小時(shí)運(yùn)動(dòng)，這與我們處于靜止?fàn)顟B(tài)，看到一列火車以200公里/小時(shí)運(yùn)動(dòng)是一樣的。那么如果存在絕對(duì)空間，我們對(duì)這兩種情況感覺不一樣才對(duì)，可現(xiàn)在是一樣的，說(shuō)明并沒有絕對(duì)空間，至少證明絕對(duì)空間與意識(shí)感覺到的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)是有區(qū)別的。

因?yàn)橛钪嬷袥]有特殊的網(wǎng)格，也沒有一個(gè)像圖表中的原點(diǎn)那樣，可以被唯一地指出來(lái)，所以在所有的參照系中，牛頓定律描繪的是相同的物理現(xiàn)象。在數(shù)學(xué)上，可以通過(guò)伽利略變換的方法來(lái)解決相對(duì)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換。

絕對(duì)空間盡管邏輯上站不住腳，但絕對(duì)空間的觀念對(duì)于19世紀(jì)的物理學(xué)家是太根深蒂固了，于是他們?cè)O(shè)想，宇宙中存在以太，以太是宇宙的屬性，就像地圖上的經(jīng)緯一樣。任何距離的測(cè)量，都可以相對(duì)于以太作出。以太彌漫于整個(gè)絕對(duì)空間中，電磁波就是在這云霧狀的以太中的擾動(dòng)。

1887年邁克爾遜—莫雷實(shí)驗(yàn)沒有檢測(cè)到“以太風(fēng)”的存在，各種彌補(bǔ)以太假說(shuō)開始出現(xiàn)：牽引假說(shuō)、完全帶動(dòng)說(shuō)、附面層牽引說(shuō)、發(fā)射假說(shuō)等，結(jié)果，一個(gè)個(gè)的假說(shuō)都被證明不能成立。

與此同時(shí)，洛倫茲假定，原子間的作用力主要是電磁力，原子就分布在其他原子對(duì)它的電磁作用的平衡位置上面，根據(jù)麥克斯韋方程組可以計(jì)算出粒子周圍的電磁場(chǎng)，洛倫茲電子理論推論到一系列的驚人的結(jié)論：

長(zhǎng)度縮短：當(dāng)粒子以速度u相對(duì)于以太運(yùn)動(dòng)時(shí)，計(jì)算發(fā)現(xiàn)力場(chǎng)不再是球?qū)ΨQ的，等勢(shì)面變?yōu)橐粋€(gè)旋轉(zhuǎn)橢球，垂直于運(yùn)動(dòng)方向上的直徑不變，而在運(yùn)動(dòng)方向卻以比率 縮短。一條相對(duì)于以太靜止時(shí)長(zhǎng)L0的測(cè)量桿，當(dāng)它以速度u沿著長(zhǎng)度方向相對(duì)于以太運(yùn)動(dòng)時(shí)，將具有長(zhǎng)度L= L0 。但是，如果桿垂直于運(yùn)動(dòng)方向，它的長(zhǎng)度不會(huì)改變。

質(zhì)量變大：電磁質(zhì)量是粒子相對(duì)于以太的速度u的函數(shù)，在用陰極射線（即電子束）測(cè)量荷質(zhì)比（e/m）的研究中，發(fā)現(xiàn)整個(gè)質(zhì)量隨著u的增大而以比率1/ 增大，即m=m0/ 。其中m0是粒子在靜止以太中的有效質(zhì)量，因?yàn)槲镔|(zhì)是由原子構(gòu)成的，而原子又是由一些帶電部分組成的，一般質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量，包括諧振子的質(zhì)量，也遵從上面這個(gè)關(guān)系。

時(shí)率變慢：由于倔強(qiáng)系數(shù)也源于分子間的電磁力，它也應(yīng)該是u的函數(shù)。

通過(guò)計(jì)算，洛倫茲得出T=T0/ ，T0是鐘相對(duì)以太靜止時(shí)的周期，即運(yùn)動(dòng)的鐘比靜止的鐘走得慢！

洛倫茲理論的出發(fā)點(diǎn)是：在電磁現(xiàn)象中存在一個(gè)絕對(duì)靜止的“以太”參考系，因而相對(duì)性原理不適用于電磁現(xiàn)象，可它本身又導(dǎo)致“以太漂移”無(wú)法測(cè)知，光速在所有慣性系中都相同這樣一個(gè)邏輯結(jié)論。洛倫茲理論中存在著“絕對(duì)時(shí)間”和“絕對(duì)長(zhǎng)度”，它體現(xiàn)在對(duì)“以太”靜止的鐘和尺的測(cè)量結(jié)果中，但因?yàn)椤耙蕴啤睙o(wú)法測(cè)定，我們又無(wú)法修正我們的時(shí)空測(cè)量結(jié)果去得出這些絕對(duì)量。

結(jié)論：洛倫茲推論已經(jīng)走到科學(xué)的前沿，他根本的問題是被絕對(duì)空間和絕對(duì)時(shí)間的思維給困死了，沒有進(jìn)一步提升理論。

2．相對(duì)原理

1905年愛因斯坦發(fā)表狹義相對(duì)論，題目為“論運(yùn)動(dòng)物體的電動(dòng)力學(xué)”。

狹義相對(duì)論的第一個(gè)基本原理：物理定律對(duì)所有慣性參考系都具有相同的形式。也就是說(shuō)，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行任何物理實(shí)驗(yàn)都無(wú)法確定實(shí)驗(yàn)室是絕對(duì)靜止的，還是絕對(duì)處于均勻直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

狹義相對(duì)論的第二個(gè)基本原理：光速與光源運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)?？梢员硎鰹椋赫婵罩泄獾膫鞑ニ俣仍诟鱾€(gè)方向都是相同的，與光源的運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)。

狹義相對(duì)論得出一個(gè)自相矛盾的結(jié)論。我們認(rèn)為速度從一個(gè)參照系轉(zhuǎn)換到另一個(gè)參照系的“常識(shí)相對(duì)論”和愛因斯坦的“光在所有慣性系中速度相同”的假設(shè)相抵觸。只有在兩種情況下愛因斯坦的假設(shè)才是正確的：要么距離相對(duì)于兩個(gè)慣性系不同，要么時(shí)間相對(duì)于兩個(gè)慣性系不同。實(shí)際上，兩者都對(duì)：第一種效果被稱作“長(zhǎng)度收縮”，第二種效果被稱作“時(shí)間膨脹”。

狹義相對(duì)論的價(jià)值在于否定了絕對(duì)時(shí)間和絕對(duì)空間，愛因斯坦實(shí)際上是將洛倫茲理論的前提換一下，即不承認(rèn)以太，而假定光速不變，理論的結(jié)果則引用了洛倫茲推論。

結(jié)論：首先做出驚人推論是洛倫茲，愛因斯坦后來(lái)提出光速不變這個(gè)假設(shè)，否認(rèn)了絕對(duì)空間和絕對(duì)時(shí)間思維的束縛，另外將洛倫茲推論從電子理論提升到整個(gè)物理學(xué)的高度。

3．長(zhǎng)度收縮

狹義相對(duì)論第一推論：長(zhǎng)度收縮。

長(zhǎng)度收縮有時(shí)被稱作洛倫茲收縮。在愛因斯坦之前，洛倫茲就已經(jīng)求出了用來(lái)描述長(zhǎng)度收縮的數(shù)學(xué)公式。愛因斯坦意識(shí)到了它的重大意義并將其植入到相對(duì)論中。這個(gè)原理是：參照系中運(yùn)動(dòng)物體的長(zhǎng)度比其靜止時(shí)的長(zhǎng)度要短。

圖一： 長(zhǎng)度收縮圖

上圖的尺子在參照系中處于靜止?fàn)顟B(tài)。一個(gè)靜止物體在其參照系中的長(zhǎng)度被稱作它的“正確長(zhǎng)度”，一個(gè)碼尺的正確長(zhǎng)度是一碼。下圖的尺子在運(yùn)動(dòng)，用更準(zhǔn)確的話來(lái)講：我們相對(duì)于某參照系，發(fā)現(xiàn)尺子在運(yùn)動(dòng)。長(zhǎng)度收縮原理指出在此參照系中運(yùn)動(dòng)的尺子要短一些，這種收縮并非幻覺。

當(dāng)尺子從我們身邊經(jīng)過(guò)時(shí)，任何精確的試驗(yàn)都表明其長(zhǎng)度比靜止時(shí)要短。尺子并非看上去短了，它的確短了！然而，它只在其運(yùn)動(dòng)方向上收縮。

結(jié)論：圖一下圖的尺子是水平運(yùn)動(dòng)的，它在水平方向變短。兩圖中垂直方向的長(zhǎng)度是一樣的。當(dāng)速度接近光速時(shí)，尺子長(zhǎng)度縮成一個(gè)點(diǎn)。長(zhǎng)度收縮公式為L(zhǎng)= L0 。

4．時(shí)間膨脹

狹義相對(duì)論第二推論：時(shí)間膨脹。

所謂的時(shí)間膨脹效應(yīng)與長(zhǎng)度收縮很相似，它是這樣進(jìn)行的：某一參照系中的兩個(gè)事件，它們發(fā)生在不同地點(diǎn)時(shí)的時(shí)間間隔，總比同樣兩個(gè)事件發(fā)生在相同地點(diǎn)的時(shí)間間隔長(zhǎng)。

圖二：時(shí)間膨脹圖

圖中兩個(gè)鬧鐘都可以用于測(cè)量第一個(gè)鬧鐘從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)所花費(fèi)的時(shí)間，然而兩個(gè)鬧鐘給出的結(jié)果并不相同。

假使兩個(gè)事件分別是“鬧鐘離開A點(diǎn)”和“鬧鐘到達(dá)B點(diǎn)”。在我們的參照系中，這兩個(gè)事件在不同的地點(diǎn)發(fā)生（A和B）。然而，讓我們以上半圖中鬧鐘自身的參照系觀察這件事情。從這個(gè)角度看，上半圖中的鬧鐘是靜止的（所有物體相對(duì)于其自身都是靜止的），而刻有A和B點(diǎn)的線條從右向左移動(dòng)。因此“離開A點(diǎn)”和“到達(dá)B點(diǎn)”這兩件事情都發(fā)生在同一地點(diǎn)?。ㄉ习雸D中鬧鐘所測(cè)量的時(shí)間稱為“正確時(shí)間”）按照前面提到的觀點(diǎn)，下半圖中鬧鐘所記錄的時(shí)間將比上半圖中鬧鐘從A到B所記錄的時(shí)間更長(zhǎng)。

相對(duì)論導(dǎo)出了不同慣性系之間時(shí)間進(jìn)度的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的慣性系時(shí)間進(jìn)度慢，這就是所謂的鐘慢效應(yīng)。可以通俗的理解為，運(yùn)動(dòng)的鐘比靜止的鐘走得慢，而且，運(yùn)動(dòng)速度越快，鐘走的越慢，接近光速時(shí)，鐘就幾乎停止了。

時(shí)間膨脹并非是個(gè)瘋狂的想法，它已經(jīng)被很多實(shí)驗(yàn)證實(shí)。

例如基本粒子中有一種叫做μ子，它是一種不穩(wěn)定的粒子，在靜止時(shí)平均經(jīng)過(guò)2 10-6s就衰變?yōu)殡娮雍椭形⒆?。μ子在地面參考系中運(yùn)動(dòng)速度可以極高，達(dá)到0.998C。假使不考慮時(shí)鐘延緩，那么這樣速度的μ子從產(chǎn)生到衰變平均通過(guò)的距離就只有600m，而考慮時(shí)鐘變慢效應(yīng)后，距離應(yīng)該為9500m，理論的預(yù)言和實(shí)驗(yàn)的結(jié)果完全相符。

結(jié)論：運(yùn)動(dòng)的鐘比靜止的鐘走得慢，時(shí)間膨脹公式為：T=T0/ ，或

（T是鐘的運(yùn)動(dòng)周期，表示速度越大，鐘的運(yùn)動(dòng)周期越長(zhǎng)，當(dāng)u接近c(diǎn)的時(shí)候，鐘的運(yùn)動(dòng)周期接近無(wú)窮，即鐘停止了。）

5. 質(zhì)量膨脹

狹義相對(duì)論第三推論：質(zhì)量膨脹。

狹義相對(duì)論中，物體的質(zhì)量不再是絕對(duì)量，而與物體的運(yùn)動(dòng)緊密聯(lián)系在一起。經(jīng)典力學(xué)中的“絕對(duì)質(zhì)量”稱為靜止質(zhì)量，用m0表示。

當(dāng)測(cè)量相對(duì)于觀測(cè)者有高速運(yùn)動(dòng)的物體時(shí)，得到的質(zhì)量稱為相對(duì)論質(zhì)量，用m表示。質(zhì)速關(guān)系式：m=m0/ 。

結(jié)論：物體質(zhì)量與速度有關(guān)，速度越大，質(zhì)量越大，當(dāng)物體的速度趨向光速時(shí)，質(zhì)量趨于無(wú)窮大。

6．視覺旋轉(zhuǎn)

狹義相對(duì)論第四推論：視覺旋轉(zhuǎn)。

根據(jù)狹義相對(duì)論長(zhǎng)度收縮原理，一個(gè)運(yùn)動(dòng)物體在它的運(yùn)動(dòng)方向上要發(fā)生洛倫茲收縮，那么，人們是否能看到一個(gè)高速移動(dòng)的球體呈現(xiàn)出“被壓扁”的形狀，即變成橢球狀呢？

以一個(gè)高速運(yùn)動(dòng)的立方體視覺形象為例。

首先我們必須明確，物體的視覺形象是由來(lái)自物體的不同部分但同時(shí)達(dá)到觀察者的視網(wǎng)膜（或照相底片）的光構(gòu)成的，這就意味著這些光一般不是同時(shí)發(fā)出的。離觀察者較遠(yuǎn)的點(diǎn)在較早時(shí)發(fā)出的光，與較近的點(diǎn)在較晚時(shí)發(fā)出的光同時(shí)顯現(xiàn)在觀察者眼中。

如果物體在運(yùn)動(dòng)，觀察者看到的是物體各部分在不同時(shí)刻的位置所構(gòu)成的形象：從這個(gè)原理來(lái)說(shuō)，即使按照非相對(duì)論的觀點(diǎn)，物體的形象也是會(huì)發(fā)生畸變的（只不過(guò)對(duì)于通常的低速移動(dòng)的物體，這種效應(yīng)難以覺察罷了）。

以立方體各棱與三個(gè)坐標(biāo)軸平行為例，它的邊長(zhǎng)為L(zhǎng)，并沿x軸正方向以速度u= c 運(yùn)動(dòng)[見圖3（a）]。假定觀察者或者照相機(jī)在垂直于運(yùn)動(dòng)方向上（例如在z軸上）并且遠(yuǎn)離運(yùn)動(dòng)物體，即物體所張的視角很小，它上面各點(diǎn)發(fā)出并射至觀察者的光線可以認(rèn)為是互相平行的。

當(dāng)立方體運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于立方體中的e和f發(fā)出的光要比a和d早L/c秒，那時(shí)e和f的位置在置在e´和f´，比e和f落后一段距離 。對(duì)于adef面上

其他各點(diǎn)可以做類似的考慮，可以推出，adef面看起來(lái)將是一個(gè)高為L(zhǎng) 、寬為 的矩形。

與此同時(shí)，abcd面由于ab和dc的洛倫茲收縮，看起來(lái)也是一個(gè)高為L(zhǎng)，但寬為L(zhǎng) 的矩形[見圖3（b）]。另一方面，如果上述立方體相對(duì)于觀察者靜止，但沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)θ=sin-1（ ）的角度[見圖3（c）]。

則同一觀察者（或照相機(jī)）也將看到（或拍攝到）adef面的投影是高為L(zhǎng)、寬為L(zhǎng)sinθ=( )L的矩形，而abcd的投影是高為L(zhǎng)、寬為L(zhǎng)cosθ=L 的矩形[見圖3（d）]。

由此可見，高速運(yùn)動(dòng)物體的視覺形象與它靜止時(shí)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)θ=sin-1（u/c）角度的透視圖是一致的。也就是說(shuō)，我們看到（或拍攝到）的高速運(yùn)動(dòng)物體的形象，不是沿運(yùn)動(dòng)方向被“壓扁”了，而是相當(dāng)于物體轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)與運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)角度的形象。

圖三：視覺旋轉(zhuǎn)圖

7．孿生佯謬

相對(duì)論誕生后，曾經(jīng)有一個(gè)令人極感興趣的疑難問題：孿生佯謬。

假定地球上有一對(duì)孿生兄弟甲和乙。乙在地球上，甲乘宇宙飛船做星際旅行，宇宙飛船的速度為0.8c，目標(biāo)是離地球8光年的某天體，到達(dá)后馬上掉頭以同樣的速度返回地球。

如果將地球近似地看作一個(gè)慣性系的話，那么在整個(gè)過(guò)程中，就地球系而言，飛船的鐘都變慢了一個(gè)因子（ =0.6）。對(duì)地球來(lái)說(shuō)，飛船往返經(jīng)過(guò)了：

2 8光年/ 0.8c=20年

但與此相應(yīng)，飛船上的鐘只走了：20年 0.6=12年。

當(dāng)甲旅行回來(lái)時(shí)，孿生兄弟乙比他老了8歲！

理由很明顯，飛船往返必須要經(jīng)歷一段變速過(guò)程。如果將地球看作是慣性系，那么飛船在整個(gè)過(guò)程中就不是一個(gè)慣性系——盡管在其中大部分時(shí)間里，當(dāng)它勻速飛行時(shí)，它是慣性系。因而，地球系同飛船系是不“平等的”。從本質(zhì)上說(shuō)，旅行之所以使得甲變得年青一些，是因?yàn)樗倪\(yùn)動(dòng)狀態(tài)（非慣性運(yùn)動(dòng)）同乙有所不同。

進(jìn)一步論證：

對(duì)于留在地球上的孿生兄弟來(lái)說(shuō)，飛船上的鐘變慢了：從地球到某天體，其間甲只長(zhǎng)了6歲，歸程又長(zhǎng)了6歲，因此到重逢時(shí)，甲共長(zhǎng)了12歲，這是地球參照系鐘描述飛船上時(shí)間的流逝情況。

對(duì)于飛船來(lái)說(shuō)，總的不是一個(gè)參照系。如果我們把“去”和“來(lái)”的飛船分別看作兩個(gè)不同的參照系，而認(rèn)為在調(diào)頭前后，飛船上的觀察者對(duì)事物的描述應(yīng)該從一個(gè)慣性系的觀點(diǎn)急遽地過(guò)渡到另一個(gè)慣性系的觀點(diǎn)。那么狹義相對(duì)論能給出合理的解釋。

地球—天體這個(gè)參照系定義為S，調(diào)頭前飛船所在的慣性系為S´，調(diào)頭后相應(yīng)的參照系為S´´。S系的原點(diǎn)置于地球上，x軸由地球指向某天體。

S´參照系中，由于時(shí)間膨脹，即地球上的鐘落后了6.4年。對(duì)S´´系來(lái)說(shuō)，地球上的鐘比天體上的鐘超前6.4年?？梢姡谡{(diào)頭過(guò)程中，飛船觀察者認(rèn)為地球上的時(shí)間過(guò)去了6.4年+6.4年=12.8年。

在“去”和“來(lái)”兩個(gè)勻速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，飛船上分別度過(guò)了6年。對(duì)飛船來(lái)說(shuō)，地球的鐘是運(yùn)動(dòng)的鐘，時(shí)率只有飛船鐘的60%。故在這兩個(gè)過(guò)程中，地球上分別度過(guò)了兩個(gè)6 0.6=3.6年的歷程.

圖四形象地示出了整個(gè)過(guò)程(出發(fā)—到達(dá)天體—離開天體—回到地球)。各鐘的讀數(shù)都是按飛船所在參照系的觀點(diǎn)標(biāo)出的。

圖四：地球天體圖

在極短暫的調(diào)頭過(guò)程中，飛船觀察者認(rèn)為地球上的時(shí)間過(guò)去了12.8年。那么如果甲有足夠好的眼力，是不是能看到乙一瞬間長(zhǎng)了十幾歲呢？

不是，實(shí)際上甲對(duì)乙的觀察仍然需要某種訊號(hào)（無(wú)線電訊、光線等）去察知人間的光陰流逝。

假定飛船是在2100年元旦起飛的，此后，地球上每年過(guò)元旦時(shí)，乙都向甲拍去一封賀電。那么：甲在飛船上每隔多久收到一封賀電呢？整個(gè)航行途中又總共收到多少封新年賀電呢？

起初，飛船離地球而去時(shí)，收?qǐng)?bào)的周期拉得很長(zhǎng)。這一方面是因?yàn)閷?duì)飛船來(lái)說(shuō)，地球的鐘是緩慢的；而另一方面，是由于訊號(hào)源（地球）離飛船越來(lái)越遠(yuǎn)，以致減低了收?qǐng)?bào)的“頻率”，類似于多普勒效應(yīng)。

在飛船系中，相繼兩封賀電的“發(fā)出”在時(shí)間上相隔 t´=1/ = 年，在空間上后電發(fā)報(bào)地點(diǎn)比前電遠(yuǎn)離了u t´=0.8光年/年 年= 光年。

綜合起來(lái)，后電和前電相隔（ t´+ ）=( + )=3年。

按照這個(gè)周期，甲在經(jīng)過(guò)了6年的旅行直到抵達(dá)某天體的整個(gè)過(guò)程中，僅收到2101年和2102年元旦的2封賀電。

飛船歸程之后，情況就不同，雖然地球的鐘還是慢的，但另一方面，地球現(xiàn)在迎面“飛馳”而來(lái)，提高了收?qǐng)?bào)的“頻率”。兩個(gè)因素相抵消的結(jié)果，使收?qǐng)?bào)周期縮短到( - )= 年。

這樣在6年的過(guò)程鐘，甲應(yīng)該陸續(xù)收到從2103年元旦到2120年元旦的總共18封賀電。整個(gè)旅行過(guò)程，他恰好收到20封賀電。

如果乙不是定期發(fā)賀電，而是用電磁波播發(fā)出自己的形象，情況應(yīng)該是完全類似的。甲在飛船上的電視屏幕中看到：乙先是老得比自己慢，6年才長(zhǎng)2歲；然后加速衰老，在后6年中長(zhǎng)了18歲。

孿生子的矛盾現(xiàn)象曾引起過(guò)對(duì)相對(duì)論的很多諷刺與爭(zhēng)論。反對(duì)最強(qiáng)烈的是一位物理教授名叫丁格爾，他在1956年到1968年之間發(fā)表了至少15篇文章反對(duì)相對(duì)論。

丁格爾認(rèn)為，根據(jù)相對(duì)論的基本論點(diǎn)，所有速度都是相對(duì)的（就因?yàn)槿绱瞬沤邢鄬?duì)論），宇宙間沒有一個(gè)絕對(duì)不動(dòng)的地方可用來(lái)做參考點(diǎn)。在相同情形之下，任何點(diǎn)都可作為參考點(diǎn)。當(dāng)?shù)厍蜃鳛閰⒖键c(diǎn)或觀察點(diǎn)時(shí)，甲遠(yuǎn)航回來(lái)，因在旅程中時(shí)間變慢，他的生理年齡會(huì)比乙年輕。但是如果以太空船作為參考點(diǎn)，這樣太空船可認(rèn)為是不動(dòng)的，甲可先看到地球快速離開，然后又返回到太空船來(lái)。

這樣在甲看來(lái)，地球及乙是以速度u在遠(yuǎn)航旅行，那么按照相對(duì)論的時(shí)間公式，旅行的乙應(yīng)比甲年輕。根據(jù)相對(duì)論，他們應(yīng)該彼此互相比對(duì)方年輕。這就導(dǎo)致了明顯的悖論，也是不可能發(fā)生的事。丁格爾直爽地寫道 ：“當(dāng)甲遠(yuǎn)航回到地球上時(shí)，他的生理年齡必須與乙完全一樣，或者相對(duì)論應(yīng)該被否定并放棄”。

這一推理極大的威脅了相對(duì)論的合理性，多年來(lái)，維護(hù)相對(duì)論的科學(xué)家們找出了各種理由來(lái)解釋這一悖論。迄今為止，較有代表性的說(shuō)法是當(dāng)以太空船作為參考點(diǎn)時(shí)，盡管船上的甲看到地球加速離去，但是地球上的人并不覺得任何力量在推動(dòng)他們，這與以地球作參考點(diǎn)是不同的。當(dāng)太空船離去時(shí)，地球上的人們并不覺得有任何不同，也沒有感到任何推力，他們的生活照常。但甲會(huì)感到有很大的推力產(chǎn)生加速度，使他的速度越來(lái)越快，推力乘以距離等于能量，動(dòng)能就越來(lái)越大了。

相對(duì)論指出能量與質(zhì)量是相當(dāng)?shù)?，能量增加時(shí)質(zhì)量也增加。在太空船上的質(zhì)量大時(shí)，人們的行動(dòng)，生活及新陳代謝都會(huì)遲鈍，時(shí)間也就緩慢了。

實(shí)際上這種解釋已經(jīng)在某種程度上否定了愛因斯坦相對(duì)論的時(shí)間公式。在愛因斯坦的時(shí)間公式里我們可以看出，時(shí)間的變化僅僅和物體的相對(duì)速度u有關(guān)，而與物體的加速度（或者推力）無(wú)關(guān)。這里所引入的能量增加和推力與愛因斯坦的時(shí)間公式并無(wú)關(guān)聯(lián)。因而，如果加速度或者能量增加是使時(shí)間變慢的因素，愛因斯坦的時(shí)間公式就必須加以修改，將這些因素引入公式。另外還有以引力波和其他因素來(lái)解釋這一悖論的觀點(diǎn)。

關(guān)鍵在于愛因斯坦的時(shí)間公式除了相對(duì)速度之外，與其他一切因素都無(wú)關(guān)聯(lián)。任何以速度之外的因素來(lái)解釋這一公式的企圖，都給人以強(qiáng)詞奪理的印象。

盡管孿生佯謬在愛因斯坦生前就已經(jīng)爭(zhēng)論了很久，但愛因斯坦一直沒有修改這一公式，可見他本人并不認(rèn)可引用附加因素所作的種種解釋。由于在實(shí)驗(yàn)室里得到了很多支持相對(duì)論的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，相對(duì)論日益得到科學(xué)界的接受，孿生佯謬漸漸被人冷落，但它一直是相對(duì)論的一個(gè)死結(jié)。此結(jié)一日不解，相對(duì)論一日不能成為世人普遍接受的科學(xué)真理。

孿生佯謬還有另一種更復(fù)雜的形式，使相對(duì)論更加陷入無(wú)法解釋的悖論。

假設(shè)雙胞胎兩人都是宇航員，同時(shí)被派往太空的A、B兩星球執(zhí)行太空任務(wù)。兩星球分別位于地球相對(duì)的東西兩側(cè)，在距離地球10光年的位置上。兩兄弟乘坐的飛船速度為0.5c（光速的一半），飛抵各自的目的星球后，隨即返回地球（在各自目的星球僅作極短暫的停留，例如一天，可以忽略不及）。當(dāng)以地球?yàn)閰⒄障禃r(shí)，雙胞胎兄弟在太空的飛行時(shí)間均為40年（單程20年），而飛船上的時(shí)間均為34.64年（從愛因斯坦時(shí)間公式求出0.5c的速度時(shí)，地球上的每年變?yōu)轱w船上的0.866年）。因而兩兄弟的年齡應(yīng)該沒有分別，都為出發(fā)時(shí)的年齡加上34.64年。

如果以哥哥的飛船作為參照系，則弟弟的速度在飛行前半段等于以光速離開，而后半段等于以光速接近。如果將此速度值代入愛因斯坦公式，則弟弟的飛船時(shí)間等于零，也就是說(shuō)弟弟飛船上的時(shí)間停止了。當(dāng)大家返回地球時(shí)，哥哥老了34.64歲，而弟弟則還是出發(fā)時(shí)的年紀(jì)！

如果以弟弟的飛船作為參照系，則弟弟老了34.64歲！按照相對(duì)論理論，參照系的變換是不應(yīng)該影響計(jì)算結(jié)果的。如果只能允許一個(gè)不變的絕對(duì)參照系（地球參照系），那么相對(duì)論就不是相對(duì)論了，干脆叫“絕對(duì)論”得了。

在上面的例子中，如果把哥哥和弟弟的飛船加速到0.6c，則會(huì)出現(xiàn)雙胞胎飛船之間的相對(duì)速度超過(guò)光速達(dá)到1.2c的現(xiàn)象！在理論上這是可能的，對(duì)于地球來(lái)說(shuō)他們并沒有違反最高速度以光速為限的相對(duì)論。然而他們之間的相對(duì)速度卻超出了相對(duì)論所能允許的限制條件。如此一來(lái)，在愛因斯坦的時(shí)間公式里就會(huì)出現(xiàn)負(fù)數(shù)開根號(hào)的不合理現(xiàn)象。

因此相對(duì)論并不像主流學(xué)派所認(rèn)可的那樣無(wú)懈可擊，只是攻擊相對(duì)論的人一直沒有辦法解釋這個(gè)問題，相對(duì)論為什么能解釋很多現(xiàn)象呢？

結(jié)論：宇宙漂移論贊同丁格爾提出的悖論，因?yàn)檫@確實(shí)是狹義相對(duì)論的死穴，可丁格爾只是反對(duì)，沒有能解釋為什么錯(cuò)誤的理論也能得到實(shí)驗(yàn)證實(shí)呢？

打垮一個(gè)理論不僅要說(shuō)它錯(cuò)了，更重要的是要說(shuō)明它有時(shí)候也能解釋一些現(xiàn)象，后者的論證比前者的單純說(shuō)錯(cuò)更重要。

三、狹義漏洞

1．漏洞分析

真理總會(huì)有露出笑容的時(shí)候

其實(shí)不需要研究狹義相對(duì)論的具體內(nèi)容，直接依據(jù)宇宙相對(duì)論，光速也是一個(gè)相，既然是相，它就逃避不了宇宙相對(duì)論的天網(wǎng)，即光速肯定是可以變的。

簡(jiǎn)單分析狹義相對(duì)論明顯有三個(gè)漏洞：

第一違反量子測(cè)不準(zhǔn)原理，靜止的光子質(zhì)量為零，首先是靜止就意味空間是確定的，質(zhì)量為零就意味質(zhì)量也是確定的。而測(cè)不準(zhǔn)原理規(guī)定不能同時(shí)準(zhǔn)確測(cè)量物質(zhì)的兩個(gè)量，顯然這兩個(gè)理論之間有沖突。

根據(jù)狹義相對(duì)論，有靜止質(zhì)量的物體以光速運(yùn)動(dòng)時(shí)質(zhì)量為無(wú)窮大，那么根據(jù)相對(duì)速度原理，我們?nèi)籼幱诠馑賲⒄障担敲次覀儗?duì)光處于靜止時(shí)，與我們相對(duì)的物體是以光速運(yùn)動(dòng)，那么物體的質(zhì)量究竟是多少呢？

如果我們根據(jù)光子靜止質(zhì)量為零的推論，任何有質(zhì)量的物體是沒有質(zhì)量物體的無(wú)窮倍，那么存在很多問題，是否光速參照系觀察物體只有一遍混濁，分不清物體差別。因?yàn)槎际菬o(wú)窮大，質(zhì)量、體積大小如何區(qū)分，也就是地球與太陽(yáng)對(duì)于光來(lái)說(shuō)是一樣大，而且無(wú)法區(qū)分大小，因?yàn)榫且稽c(diǎn)。

第二違反自身的相對(duì)原理，狹義相對(duì)論的基礎(chǔ)是相對(duì)性，即時(shí)間在不同的參照系中有不同的速率，那么速度相對(duì)是最基本的原理。

在孿生佯謬中，狹義相對(duì)論認(rèn)為地球是個(gè)慣性參照系，飛船因?yàn)樽兯俸透淖兎较?，不是慣性參照系，所以到達(dá)地球時(shí)，甲比乙年輕。

實(shí)際這是個(gè)美麗的謊言，因?yàn)榈厍虮徽J(rèn)定是慣性參照系這包含了另一個(gè)隱含的假設(shè)。萬(wàn)有引力是物體之間的萬(wàn)有力，這意味著地球一直處于不斷的變化中的，它的運(yùn)動(dòng)方向和速度都是相對(duì)的，真實(shí)的運(yùn)動(dòng)極為復(fù)雜，憑什么認(rèn)為它是個(gè)慣性參照系呢？

這和以前地心說(shuō)的原理沒有任何區(qū)別。因此如果承認(rèn)地球是個(gè)慣性參照系，那么就必須承認(rèn)飛船無(wú)論怎樣運(yùn)動(dòng)也同樣是個(gè)慣性參照系，那么孿生佯謬的結(jié)論就肯定錯(cuò)誤。

第三違反宇宙的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，任何物體如果有定數(shù)，那么就肯定是處于變化中。比如你今年60歲，那是因?yàn)槟阋恢痹谧儯砸坏┤∫粋€(gè)參照標(biāo)準(zhǔn)和具體的時(shí)刻對(duì)應(yīng)你，就肯定能有一個(gè)數(shù)值，那么你活了60年只是基于現(xiàn)在時(shí)間的，你會(huì)不斷地變老的，這符合宇宙運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

但如果你說(shuō)你永遠(yuǎn)是60歲，不管什么時(shí)間你都是60歲，永恒不變，那么你的年齡依據(jù)是什么呢？是假設(shè)，所以狹義相對(duì)論是在假設(shè)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，那么請(qǐng)參照宇宙相對(duì)論，相對(duì)本元是個(gè)天網(wǎng)，打垮一切理論基礎(chǔ)。

結(jié)論：狹義相對(duì)論肯定錯(cuò)了，那么為什么還有這么多的證據(jù)能證明它對(duì)呢？宇宙漂移論將徹底解開狹義相對(duì)論的所有困惑。

2．光速可變

我們現(xiàn)在科技測(cè)量的真空中光速是接近30萬(wàn)公里/秒，而且根據(jù)狹義相對(duì)論，物體速度合成無(wú)法超過(guò)光速。那么是什么原因?qū)е鹿馑俪蔀樗俣绕款i，光速是否永恒不變？

設(shè)想宇宙在膨脹初期其空間很小，那么其邊緣空間光速是否與我們現(xiàn)在的光速一樣？

認(rèn)真分析這個(gè)問題我們就會(huì)推斷光速本身存在決定其大小因素，即光速是可變的，它同樣取決參照系在宇宙中的位置。

根據(jù)哈勃定律，星系對(duì)我們退離速度與它對(duì)地球的距離有關(guān)，即u=HL，我們根據(jù)此定律推論宇宙的半徑為100多億光年左右，最遙遠(yuǎn)的星系以接近光速遠(yuǎn)離我們，這本身違反相對(duì)論質(zhì)量速度公式。

更重要的問題在于：究竟宇宙的半徑大小就是100多億光年，還是因?yàn)槲覀儾捎玫挠^察工具光速有限，導(dǎo)致遠(yuǎn)離速度超過(guò)光速的星系我們無(wú)法觀察，從而判斷宇宙的半徑大小為100多億光年呢？

網(wǎng)絡(luò)上有報(bào)道稱英國(guó)《衛(wèi)報(bào)》消息，劍橋大學(xué)天文學(xué)院的邁克爾•墨菲教授說(shuō)：“我們將在這里宣布一些驚人的發(fā)現(xiàn)。這些發(fā)現(xiàn)暗示出宇宙間存在一種關(guān)于光和物質(zhì)相互作用更基本的理論，而狹義相對(duì)論作為它的基礎(chǔ)實(shí)際上是錯(cuò)誤的。”

墨菲認(rèn)為光的速度不是恒定不變的，他說(shuō)：“事實(shí)證明，狹義相對(duì)論可能非常接近真理，但是它錯(cuò)過(guò)了一些東西，而這些東西可能就是通向一個(gè)全新的宇宙和一套新的基本原理的門把手?！?

在研究過(guò)程中，墨菲的科研小組并沒有直接測(cè)定出光速的改變，而是分析了來(lái)自遙遠(yuǎn)恒星的光。這些光到達(dá)地球需要經(jīng)過(guò)數(shù)十億年的時(shí)間，因此科學(xué)家們可以觀測(cè)到光傳播的早期，宇宙的基本原理是怎樣起作用的。

天文學(xué)家們通過(guò)夏威夷的凱克望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)發(fā)現(xiàn)在光傳播到地球的過(guò)程中，某一波段的光被吸收的情況發(fā)生了改變。這就說(shuō)明度量電磁力的精細(xì)結(jié)構(gòu)恒量從大爆炸以來(lái)已經(jīng)改變了大約0.001%，而光的速度與精細(xì)結(jié)構(gòu)恒量有關(guān)。如果精細(xì)結(jié)構(gòu)恒量隨著時(shí)間發(fā)生變化，那么光速也發(fā)生了變化，也就是說(shuō)，愛因斯坦得出的結(jié)論需要糾正。

目前，墨菲領(lǐng)導(dǎo)的科研小組仍在分析來(lái)自143顆恒星的光的觀測(cè)結(jié)果。如果證實(shí)光在宇宙早期的傳播速度確實(shí)比現(xiàn)在要快，那么科學(xué)家將不得不推翻愛因斯坦的許多基本理論，而不僅是狹義相對(duì)論。

云寒外語(yǔ)不好，沒有辦法與外國(guó)科學(xué)家直接聯(lián)系，但一直認(rèn)為這是個(gè)簡(jiǎn)單的真理，只要承認(rèn)單元宇宙從奇點(diǎn)誕生，那么奇點(diǎn)的膨脹速度怎么可能固定呢？光速又怎么可能不變呢？

結(jié)論：光速是可以變化的，而且一直是變化的。

3．鐵籠原理

為了研究以上問題，我們討論一下鐵籠原理：

在一個(gè)浩瀚的大海中，有一個(gè)很大的鐵籠，它是有很多的圓洞緊密聯(lián)合組成，圓洞的直徑幾乎一樣大小，最大的圓洞直徑為30m。在這個(gè)鐵籠中生活一群小蝦，它們是身體很小、壽命很短的生物，圓洞對(duì)于小蝦來(lái)說(shuō)已經(jīng)足夠大，鐵籠就更是巨大的物體，它們祖祖輩輩都生活在鐵籠中，無(wú)法溜出了，因?yàn)殍F籠的距離讓它們感到太遙遠(yuǎn)。

隨著蝦類的科技發(fā)展，小蝦們發(fā)現(xiàn)大海中有很多生物，它們是巨大的，到處游來(lái)游去，蝦類開始運(yùn)用科技手段測(cè)量生物的直徑大小，它們發(fā)現(xiàn)一個(gè)比一個(gè)大，最大的生物是命名為光魚的生物，它的直徑最大為30m。

一個(gè)著名的蝦博士宣布一條公理：大海中生物的直徑是有限的，最大的是光魚，光魚在不同的時(shí)期不同的類別顏色直徑不同，其中顏色為真空色的成年光魚直徑為30m，它是恒定的也是最大的，大海中任何生物的直徑都不能超過(guò)真空光魚直徑。

蝦類展開科技實(shí)驗(yàn)研究，無(wú)數(shù)實(shí)驗(yàn)證明光魚確實(shí)是大海中直徑最大的生物，而且真空光魚直徑確實(shí)是30m。

有一條叫云寒的小笨蝦，一次玩的時(shí)候無(wú)意中被海浪卷起，突然觸到鐵籠的鐵絲上，云寒意識(shí)到原來(lái)大海中有鐵絲網(wǎng)分割，云寒費(fèi)了好大的勁測(cè)量圓洞的直徑，發(fā)現(xiàn)圓洞的直徑恰好為30m。

云寒小蝦思考：大海會(huì)不會(huì)也存在直徑大于光魚的生物，僅僅因?yàn)殍F絲的緣故而無(wú)法進(jìn)入小蝦的世界，會(huì)不會(huì)真空光魚也有可能直徑大于30m呢？只是因?yàn)樗鼰o(wú)法通過(guò)圓洞，進(jìn)入不了小蝦的世界。

云寒小蝦因?yàn)榇笮o(wú)法走出鐵籠，它無(wú)法預(yù)測(cè)大海的世界，僅做出以下推論：

A．大海中存在直徑大于光魚的生物，生物的直徑大小與大海的直徑有關(guān)，大海的直徑?jīng)Q定生物的大小，最大的生物直徑不能超過(guò)大海直徑。如果大海是無(wú)限的，那么海中生物的直徑也是無(wú)限的。

B．小蝦世界的光魚直徑確實(shí)是最大的，因?yàn)殍F籠圓洞的直徑?jīng)Q定了大于光魚的生物無(wú)法達(dá)到鐵籠內(nèi)，決定蝦類世界生物直徑的是圓洞直徑，而不是光魚本身的因素。

C．能否在蝦類世界觀察光魚的直徑變化取決于眾多因素：

光魚本身是否存在生長(zhǎng)呢？

如果光魚在蝦類世界存在很長(zhǎng)時(shí)間，它自身會(huì)增長(zhǎng)，能否觀察光魚直徑的增長(zhǎng)或者減少現(xiàn)象，主要取決于光魚的變化速度、小蝦的測(cè)量技術(shù)及小蝦的壽命。

如果光魚直徑確實(shí)變化，但是對(duì)于小蝦測(cè)量技術(shù)精度不夠者小蝦根本活不到能觀察變化測(cè)量程度所需要的時(shí)間，那么測(cè)量光魚變化需要很多代小蝦的努力及小蝦未來(lái)科技進(jìn)步的程度。

鐵籠圓洞直徑是否變化呢？

如果鐵籠圓洞直徑變化，那么蝦類世界生物直徑會(huì)有所變動(dòng)，特別是當(dāng)圓洞直徑變大時(shí)，更大的光魚必然會(huì)出現(xiàn)在蝦類世界，問題在于圓洞變化造成的微小變動(dòng)蝦類能否測(cè)量，同樣取決于小蝦的測(cè)量技術(shù)及小蝦的壽命。

蝦類測(cè)量技術(shù)本身是否變動(dòng)呢？如果蝦類的長(zhǎng)度依據(jù)是依靠命名為原子魚的生物大小，那么原子魚本身存在變化那么怎樣測(cè)量？

蝦類自身的身體是否變化呢？如果蝦類世界的變動(dòng)對(duì)一個(gè)不斷身體變化的蝦類，它的結(jié)果又會(huì)是怎樣？

海水是否會(huì)對(duì)生物直徑有影響，如果海流出現(xiàn)不利于變動(dòng)因素是否觀察結(jié)果不一樣……

眾多變動(dòng)因素包括變動(dòng)的速度、加速度及環(huán)境因素，云寒小蝦無(wú)法做出明確的結(jié)論，云寒小蝦只是想探索更大直徑生物的存在。

結(jié)論：光速最大的原因是否因?yàn)榇嬖陬愃畦F籠的東西而導(dǎo)致的結(jié)果呢？