自然有极限——光速不变解（下）

fangwu

自然有极限——光速不变解（下）--1
——  物理学革命之十六  ——
王紫馨（方悟）      2006.5.4
为说明光速不变我们已经从纯物理学角度讲了不少，重点用具象（体）说明，下面再从哲学角度予以说明。本来哲学也是物理学，“道法自然”嘛，而且黑格尔也是这样做的，但为适应大多数人的认识程度，暂且分开。
哲学说明的第一解为相对、绝对解，又叫有限、无限解。从哲学上说，相对与绝对对应同一，二者是同一事物之不同方面，也是我们从不同角度观察同一事物所得的不同结论，因而相对即是绝对，反之亦同。凡相对的都是有条件的、有限的、暂时的，为事物之局部和阶段；凡绝对的都是无条件的、无限的、永恒的，为事物之整体和过程。光速在“物理理论中扮演着无限大速度的角色”，是“绝对速度”，无限=绝对，是永恒的、不变的，这里不过是把爱因斯坦的思想再突出一些。从知性形而上学对立性认识出发，世人大都认为有限与无限绝对对立，是分离的，所以有人认为光速明明有限，仅299，792，458米/秒，怎么不能有比它高的速度，比如每秒50万、60万公里。更有人设想，超光速运动下时光倒流，人们可以回到历史中去。但“无限大速度”及常说的“绝对速度”的提法都明示超光速说法的荒谬，爱因斯坦也说讨论超光速没有意义，许多人偏不愿相信如之奈何！一些人曲解相对论，认为相对论是说一切仅是相对的，没有绝对，其实相对论的名称来自相对性原理。相对性(relativity)的发明者庞加莱在1904年的演讲《新世纪的物理学》中说：“根据相对性原则，物理现象的规律应该是同样的，无论是对于固定不动的观察者，或是对于作匀速运动的观察者。这样我们不能，也不可能，辨别我们是否正处于这样一个运动状态。”
它是说：在一切惯性参照系（广义相对论推广至非惯性系）中自然定律都是相同的，因而也可以确定时间和运动对于观察者来说都是相对的。相对论的建立，推翻了牛顿的绝对时空，使人类对于空间、时间和物质运动的认识，发生了革命性的变化。但没有绝对时空并不等于事物没有绝对性，绝对与相对是相互包含的，这样理解同一性才是对的，讲相互联系而否认相互包含仍然是形而上学对立性认识。认为没有绝对时空，也没有绝对速度和绝对温度，不可能认识自然逻辑，不能认识我们的世界。
对立性思维顽固地统治着人类，人们缺乏理性，世界为何如此，要靠理性思维。只有辩证逻辑才能对有限与无限、相对与绝对的关系做出合理说明，需知真正的无限与有限同一，存在于有限中，无脱离有限之无限，也无不包含无限之有限。我们还须进一步区分一般事物和极限事物，他们有本质不同：一般事物主要表现其有限性、相对性，极限事物主要表现无限性、绝对性。如果我们把事物的不同运动速度标在从零到299，792，458米/秒的线段上，再把它弯成一个圆环，起点也是终点，位于这一点上的只有光速，极限物是两极同一的完美体现（最高也是最低，用形而上学对立性更无法理解了，后面，我将还将对光的零速度的“即时达”特性予以说明）。我们看到，零点左边1000公里/秒以下集中了我们熟悉的绝大部分事物，右边仅有少量接近光速的基本粒子，中间几近空白。依此图，我们按物理学的处理方法，在左端一般事物上依靠知性，如对待经典力学那样运用形而上学方式，足可得近似正确结果，不必动辄批判之。但对零点右端趋近极限或处于极点上的事物，就只能用理性、用辩证思维处理，实验只给我们结果，原因则需理性思维，一味诉诸感官就要犯错误。极限事物容不得半点对立意识，我们依然抱残守缺，囿于传统思想，就别想探知世界的奥秘，一旦完成对极限物之认识，还有什么能难住人类的？这里所说的便是老子《道德经》开篇所言：“道可道，非常道；名可名，非常名。”（《道德经 •道经第一章》）辩证哲学之理可与人道之，也完全能讲清楚，但请注意：它不同于一般哲学，不能以常人的知性思维即形而上学对立性认识去理解，它需要运用理性。它也使用概念即范畴来说明这世界，但须注意：想获得真知的人决不能以一般性理解来认识和使用这些范畴，辩证法的大门上写有四个大字，唤作：“常人止步”，欲得非常之道，先屏弃常人的对立性思维。
光速不变的第二解为界度层系解。界度层系原理是辩证法的第二规律，它是说万物皆有限，凡是存在的事物皆有限度，并依此限度大小构结层次和系统网络，就空间状态来说事物是按其存在的规模即静态空间范围的大小来构成不同的层次和系统的。从横向联系看，我们的宇宙像一个金字塔，小的系统和低的层次堆砌成大的系统和高的层次，逐级升至塔顶，由“多”统而为“一”，塔尖上是宇宙的大一统规律和法则，光速不变作为运动的一条基本法则和极限也在其中。界和度都是说事物有限，没有纯粹的无限，度是质和量的统一，是事物保持其质(存在)的量的界限，是事物运动变化的界限，又称关节点。一般事物都有上下或前后两个关节点，如水的液体状态是从0oc到100oc之间，在这两点间，水的温度不管如何变化 ，都保持液体状态。儒家的“中庸之道”，一些人批为“不偏不倚”、“模棱两可”，实际也是讲做事适度，不突破上下两点而取中。一般事物在两关节点内变化，其性质不变。光量子是电磁场之最小等份，为空间小之极限，同时它又是统一场不可分割的一部分，为空间大之极限。辩证法认为两极相通，两极同一，所以光速作为极限物只有一个量或说一个关节点，即299，792，458米/秒。光的所有的量的特征都统一为光速，或说光的本质属性就是光速。光可以有不同的波长和频率，但各种光的共性就是速度，速度变了，光就不再成之为光，此为极限物共同特点，因此，凡是光，速度必为299，792，458米/秒。有人认为光谱线的红移——多普勒效应是光速变缓表现，实际红移仅是频率降低，波长变长，其能量减少，并不表示速度变化，毕竟高频射线和低频射线同为电磁波，本质一样，其共性——波速也一样，是不会变的。
光的波动说与微粒说争论了二百多年，终在上世纪初得以统一。从知性形而上学看，波就是波，粒子就是粒子，从辩证理性看，光既是波又是粒子。光的粒子性表现为光电效应、黑体辐射，波动性表现为干涉、衍射、偏振。电磁波源于电磁场，场的扰动产生波，光量子也是电磁量子，是电磁场的一部分。场作为特殊物质与宏观实物和微观粒子相联系，传递相互作用。光作为粒子是空间之极小，作为波，又是空间之极大——变化的连续性即时间。光速的无限大由统一场赋予，无限=绝对=永恒=静止，这里与第一解结论相同。

光子之外的微观粒子（不包括引力子），作为量子向宏观物体的过渡，也具有波粒二象性，但它们都为有限物，其二象性就只有有限性质（无限性在有限性掩盖下），二者有巨大差异，我们将在以后分析。


     光速不变第三解为质速解，此解从质速关系得来。爱因斯坦质速关系式：
m=m0/√1-υ2/c2（m为运动质量，m0为静止质量，υ为物体运动速度，c为光速）说明：物体以远低于光速的速度（人体尺度下）运动时，质量变化不明显，增加的质量忽略不计，可认为质量不变，以经典力学规律足可以应付计算需要。但接近光速运动时，物体质量增加较多，随着向光速的靠近，质量趋向无限大。大小两极相通，质量无限大因两极同一又为无限小，质量无限小可视为零，因此光子无静止质量。光作为极限物，大小同一，动静也同一，无静止质量即为无运动质量。从质速关系式也可得m0=0时,m=0,υ=c时，此公式不成立。有人认为没有质量怎会有能量？须知电磁场为能量场，光量子又是能量子，因光子无质量，任一能量值在与质量对比时都为无限大，因无质量，运动中也不消耗能量，除传递能量给其它物体外，光子能量足以保持其速度不变。
光子无质量为知性所不容，人们到处寻找有质量的根据。有人认为光有光压为有质量表现，但不知光压乃光电效应或测试仪吸收光能而转热能膨胀之表现。也有人引爱因斯坦质能公式：E=mc2（E为能量，m为惯性质量，c为光速），认为有质量才有能量，他们不知道一切光（E）本是从有质量的物质（m）转变来的，质能公式正是这一转变过程的体现，不应把这一过程分割开来。我们根据另一能量公式：E=hν（E为能量、n为普朗克常数、ν为光频率）可计算出一定频率光之光子能量，使m=hν/c2推导光子潜质量。这里指的是一定能量必对应一定质量，对光子而言这只是其潜在质量（可转化成的质量）而非实在质量，这就是实验中找不到有质量的光子的原因。如按经典力学观点非认定光有质量，电磁场有质量，真空作为光量子场就要表现出巨大质量，一切有光的场所也会有沉重的质量压力，电磁场为能量场，引力场为质量场，二者进一步同一才将潜在的质能关系扬弃为真实关系。还有人以光线在引力场中弯曲来证光有质量，认为有质量的东西才受引力吸引，他们不知道能量的释放表现为斥力，引力作用表现在反方向上，至于为何会弯曲，那是空间物质密度不同产生的折射而已。


光速不变的第四解为时空解，时空解源自爱因斯坦相对论。相对论告诉我们，物体高速运动时会发生“尺短钟慢”的现象，这种现象在低速运动中变化极小，可按牛顿力学定律视其无变化，但在高速中变化明显。如沿运动方向取1米的标尺，以地球时间1秒计算，每秒速度在3万公里时，1米为0.995米，1秒为1.01秒；在15万公里时，1米为0.866米，1秒为1.15秒；在29.7万公里时，1米为0.141米，1秒为7.1秒；在29.99万公里时，1米为0.02米，1秒为50秒。当物体运动速度达到光速时，物体的空间尺度会缩小为零，时间会慢到停止。
广义相对论代表引力场的几何化。自然而然它使爱因斯坦接着提出电磁场的几何化。从而又产生了将所有自然力几何化的想法，即统一场论。此发展成为他后半生的研究重点。例如，1949年至1950年在普林斯顿高等研究中心他最后的研讨会上，他尝试着把电磁场Fμν合并成不对称的度量gμν。他这个尝试和他先前在同一方向所做出的努力一样，都没能成功。

υ（公里/秒）        ι0（米）        ι（米）        t 0（秒）        t（秒）
0.1c=3万        1        0.995        1        1.01
0.5c=15万        1        0.866        1        1.15
0.9c=27万        1        0.436        1        2.29
0.99c=29.7万        1        0.141        1        7.1
0.9998c=29.99万        1        0.02        1        50
C=29.9792 458万        1        0        1        0

“尺短钟慢”效应说明空间和时间是随物质运动速度的变化而变化的，它适用于一切物质，包括光。光速下，时钟停摆，零时间意味着光在传播过程中不消耗时间。空间是物质的延展性，时间是物质变化的连续性或延展性。没有时间就意味着物质静止不变，保持原状，所以光速不变。零时空虽是合理推论，是自然现象、自然法则，也为知性形而上学所不容。更有一部分人认为运动是绝对的，静止时相对的，不但把运动与静止相割裂和对立，且把本应一并使用的对应范畴——相对与绝对分赠不同事物，在形而上学中也沦落到低层次。
辩证法认为有无同一。零时空并不意味着真的一无所有，而是说我们无法测量这时空。无数光量子溶为一体，共同构成大统一场，不分彼此，此光即彼光，因为你无法分离出单个的光量子，你也就无法给定某个量子以特定的空间和时间。这一现象与经济学中全民所有疑难类同：生产资料归全体人民所有，每个人都拥有生产资料，这只是象征性的；每个人又不拥有生产资料，这是实际性的，无法确定哪些生产资料是某个人的，结果无产阶级仍是无产阶级。世风日下情况下，私心膨胀，就变成你的也是我的，不拿白不拿，大家都拿，拿大家的。
人类生活领域比起这宇宙来，渺如尘沙，不值一提。人长期生存于人体尺度领域中，其生活经验及认识局限于此，这个世界的两极——极大和极小都在我们世界之外。如果不是近代人类面临生存危机，迫使我们跨入两极神秘之域，寻求新的生存空间，我们将永不能理解老子及黑格尔的辩证思想。