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光速的本質(zhì)是什么?為何不變?

 zjshzq 2024-12-13

我們知道,光的速度是299792458米/秒。

而且,光速是不變的。

可能有有些人沒有理解何為“光速不變”,這里舉一個(gè)例子,比如:

一個(gè)光源發(fā)出光;

A站著不動(dòng);B坐在疾馳的高鐵上;

光對于靜止的A的速度是299792458米/秒,這一點(diǎn)很容易理解;

而對于坐在疾馳的高鐵上的B,光對其速度仍然是299792458米/秒,這一點(diǎn)就很難讓人理解了,難道不應(yīng)該是光速減去或者加上高鐵的速度嗎?。

為何同一束光,對于靜止的A,與對于疾馳中的B,兩者速度竟然是一樣的?

對于此現(xiàn)象,我們的科學(xué)并沒有給出合理的解釋,而是作為自然現(xiàn)象接受了;

并且以光速不變?yōu)樵?,推?dǎo)出了相對論,目前相對論已經(jīng)在現(xiàn)代科學(xué)中占據(jù)了半壁江山。

百度相關(guān)資料如下:

光速不變原理:真空中的光速對任何觀察者來說都是相同的。

光速不變原理,在狹義相對論中,指的是無論在何種慣性系(慣性參照系)中觀察,光在真空中的傳播速度都是一個(gè)常數(shù),不隨光源和觀察者所在參考系的相對運(yùn)動(dòng)而改變。這個(gè)數(shù)值是299,792,458 米/秒。

光速不變原理是由聯(lián)立求解麥克斯韋方程組得到的,并為邁克爾遜—莫雷實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。光速不變原理是愛因斯坦創(chuàng)立狹義相對論的基本出發(fā)點(diǎn)之一。

在廣義相對論中,由于所謂慣性參照系不再存在,愛因斯坦引入了廣義相對性原理,即物理定律的形式在一切參考系都是不變的。這也使得光速不變原理可以應(yīng)用到所有參考系中。

我們可以看出,光速不變確實(shí)可以通過麥克斯韋方程組求解得到。但是這只是方程組求解,使用復(fù)雜數(shù)學(xué)求解只能計(jì)算出現(xiàn)象,不可能計(jì)算出具體的原理。光速為什么不變呢?

筆者認(rèn)為:將光速不變作為原理,其實(shí)是現(xiàn)代科學(xué)一個(gè)很大的誤區(qū)。

其實(shí)光速不變僅僅是一種現(xiàn)象,而非原理。

所以,我們要去探索光速的本質(zhì)到底是什么,而不是被動(dòng)的接受光速不變這個(gè)現(xiàn)象。

只有探索出光速不變內(nèi)在的本質(zhì),我們才可以揭示出這個(gè)世界底層物理世界的真相。

光速的本質(zhì)是什么?為何不變?

要想理解為何光速不變,需要兩個(gè)基礎(chǔ)知識:

1、空間是不連續(xù)的,具有最小單位,由一個(gè)個(gè)普朗克長度大小的“空間質(zhì)“堆疊而成;

對于此觀點(diǎn),可以采用反證法證明,

我們假設(shè)空間是連續(xù)的,是無限密集無限可分的。

然后我們進(jìn)行一個(gè)思想實(shí)驗(yàn):

場景:從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn);

我們制定一個(gè)運(yùn)動(dòng)策略:每次先走完剩下路程的一半;

從我們制定的基本條件上來看,這次運(yùn)動(dòng)過程中,速度不會變,也不會停止一直在運(yùn)動(dòng)中;

然后我們再從理論上進(jìn)行分析:

我們每次都是先把剩下路程的一半走完,還剩下另一半;

假設(shè)空間是無限密集,無限可分的,那么從理論上,永遠(yuǎn)會有“剩下的一半”沒有走完。

這樣,我們就得出一個(gè)結(jié)論:

從A點(diǎn)出發(fā),保持速度不變,一直在運(yùn)動(dòng),卻永遠(yuǎn)也到不了B點(diǎn)。

該結(jié)論明顯與事實(shí)不符合,問題出在哪里?

有人會反駁說:用極限計(jì)算,物體無限接近于B點(diǎn),然后時(shí)間停止了。

可是,我們預(yù)設(shè)條件中并沒有“時(shí)間停止”這一項(xiàng),為何時(shí)間會停止呢?

也就是理論與現(xiàn)實(shí)出現(xiàn)矛盾了,那么一定哪里存在問題。

其實(shí)問題就在制定的運(yùn)動(dòng)策略上:每次先走完剩下路程的一半。

也就是說,空間并不是無限可分的,有一個(gè)最小單位;

當(dāng)距離小到這個(gè)最小單位的時(shí)候,不可能再繼續(xù)“取出剩下路程的一半”,此時(shí)每次必須前進(jìn)一個(gè)最小單位。

因?yàn)橛辛诉@個(gè)最小單位的存在,所以我們才能按時(shí)從A點(diǎn)到達(dá)B點(diǎn),而不是永遠(yuǎn)的在“走剩下距離的一半”。

這個(gè)最小單位就是普朗克長度,目前測量的普朗克長度為:1.6×10-35米。

也就是:我們從A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn),每次最小需要移動(dòng)一個(gè)“1.6×10-35米”。

現(xiàn)在我們想象一下,我們面前看似連續(xù)的空間,其實(shí)并不是連續(xù)的,而是由一個(gè)個(gè)1.6x10-35米大小的“塊”堆積在一起組成。

形象的比喻:我們周圍的空間并非一整塊,而是由無數(shù)個(gè)普朗克長度的“圓球”堆積在一起。每個(gè)圓球是一個(gè)空間基本單位。類似于無數(shù)的沙子堆在一起形成沙漠,無數(shù)的水分子堆積在一起形成湖泊海洋。

組成我們的物質(zhì)存在于這些“圓球”上,并且運(yùn)動(dòng)只能從一個(gè)圓球“跳”到另一個(gè)圓球,不需要也不可能從中間過渡。

為了方便描述,我們把這種最基本的空間單位命名為“空間質(zhì)”。

把我們周圍的空間想象成一個(gè)“三維立體投影屏幕”。這個(gè)三維立體屏幕中有無數(shù)叫做“空間質(zhì)”的像素點(diǎn)組成,這些像素點(diǎn)大小是1.6×10-35米。

而我們,包括這個(gè)屏幕中的一切,就是這個(gè)立體屏幕中的投影結(jié)果。組成我們和屏幕中一切的物質(zhì),都依托于這些“立體屏幕像素點(diǎn)”而存在。

因?yàn)檫@些“立體屏幕像素點(diǎn)”尺寸非常小,以至于我們平時(shí)忽略了它的存在,誤以為投影內(nèi)容是由連續(xù)無限密集可分的內(nèi)容組成的。

我們的宇宙就類似于這個(gè)“三維立體投影屏幕”,宇宙中的一切都依托與空間質(zhì)這個(gè)背景而存在,如同電視中的一切都依托于屏幕像素背景而存在。

光速的本質(zhì)是什么?為何不變?

2、時(shí)間是不連續(xù)的,是無數(shù)普朗克長度的幀,一幀一幀推進(jìn)的,每個(gè)幀內(nèi)部是靜止的;

對于此觀點(diǎn),證明方法與前一個(gè)類似,反證法:

假設(shè)時(shí)間是連續(xù)的,無限密集,無限可分;

那么當(dāng)我們從A時(shí)間過渡到B時(shí)間;

如果我們永遠(yuǎn)“先過完剩下時(shí)間的一半”,那么永遠(yuǎn)會有一半時(shí)間沒有過完。

這樣就會出現(xiàn)一個(gè)悖論:

時(shí)間在正常的流動(dòng)中,但是我們卻永遠(yuǎn)也到不了B時(shí)間。

有人會反駁:使用極限計(jì)算,時(shí)間停止在了B點(diǎn)。

但是:這只是數(shù)學(xué)計(jì)算的理論結(jié)果,我們給的預(yù)設(shè)條件中并沒有時(shí)間停止這一項(xiàng);

我們只是“先過完剩下時(shí)間的一半”,為何過著過著,時(shí)間自己就停止了呢?

也就是:數(shù)學(xué)計(jì)算的理論結(jié)果,與現(xiàn)實(shí)出現(xiàn)了矛盾,那么一定是哪里出問題了。

其實(shí)問題就出在預(yù)設(shè)的過渡策略中:先過完剩下時(shí)間的一半;

因?yàn)闀r(shí)間與空間一樣,也是有最小單位的,當(dāng)小于這個(gè)最小單位時(shí),就不能繼續(xù)“取剩下時(shí)間的一半”,而是只能“一格一格往前跳”。

這個(gè)最小時(shí)間很重要,這樣保證了時(shí)間可以流暢的進(jìn)行,而不會出現(xiàn)“先過完剩下時(shí)間的一半”而導(dǎo)致永遠(yuǎn)過不完當(dāng)前的一秒。

這個(gè)最小時(shí)間單位就是“普朗克時(shí)間”,目前測量出的普朗克時(shí)間=5.39×10???秒。

好,我們來做一個(gè)總結(jié)與展望:

我們現(xiàn)實(shí)世界的時(shí)間并非連續(xù)的,而是每隔5.39×10???秒往前跳一格;

在這個(gè)5.39×10???秒內(nèi),我們的世界是靜止的,不存在時(shí)間,不存在運(yùn)動(dòng),只是一個(gè)靜止的三維立體圖片,其中的萬事萬物“顯示”在空間質(zhì)上。

當(dāng)時(shí)間從一個(gè)5.39×10???秒跳躍到下一個(gè)5.39×10???秒,世界進(jìn)入了一個(gè)新的靜止的三維立體圖片,其中部分運(yùn)動(dòng)的物體所處的空間質(zhì)發(fā)生了變化。

然后不斷的循環(huán)往復(fù),這就是時(shí)間的本質(zhì)。

用手機(jī)上的畫面來比喻:

假設(shè)手機(jī)屏幕刷新率為100HZ,即0.01秒刷新一次,

對于手機(jī)上的圖片來說,在當(dāng)前的瞬間,圖片內(nèi)萬事萬物是靜止的,顯示在屏幕像素之中,不存在變動(dòng);我們把每一個(gè)畫面叫做“1幀”。

當(dāng)手機(jī)時(shí)間跳躍到下一個(gè)0.01秒,手機(jī)屏幕進(jìn)入了一個(gè)新幀,其中對比上一副幀畫面,是圖畫中運(yùn)動(dòng)的物體所處的像素點(diǎn)發(fā)生了變化。

當(dāng)畫面幀這樣快速切換的時(shí)候,就產(chǎn)生了一個(gè)圖畫中的事物在運(yùn)動(dòng)的幻覺。

從本質(zhì)上來說,手機(jī)畫面中事物運(yùn)動(dòng)發(fā)展,不是因?yàn)槭謾C(jī)里存在時(shí)間,也不是手機(jī)里的事物真的動(dòng)了。只是一張張靜止并相似的圖片幀,反復(fù)生滅在手機(jī)屏幕像素上。

就如同我們小時(shí)候在厚厚一疊紙上手畫的人物,畫好后一張張快速翻動(dòng),每頁中相似的人物就組成了運(yùn)動(dòng)的圖像。

把這種思路套用到現(xiàn)實(shí)世界:畫面由二維改為三維,時(shí)間跳躍間隔由0.01秒改為5.39×10???秒,顯示畫面的背景由屏幕像素改為空間質(zhì)。

這就是我們的現(xiàn)實(shí)世界中的時(shí)間。

所以時(shí)間只是一種感覺,從本質(zhì)上來說不存在時(shí)間,不存一秒,一小時(shí),一天和一年。

時(shí)間只是我們對“世界播放速度”的感覺。

現(xiàn)實(shí)世界只是由無數(shù)個(gè)5.39×10???秒片段組合而成的一幀一幀靜止的連續(xù),只存在世界上一刻的狀態(tài)躍遷下一刻狀態(tài)之間的間隔,只存在一幀時(shí)。

我們所定義的“秒”,只是截取了一部分幀時(shí)并把它們定義為一秒。

而這一秒包含了1÷(5.39×10???)=1.6949×10?3個(gè)幀時(shí)。

不存在時(shí)間,因?yàn)槲锢硎澜绫旧砭褪庆o止的,動(dòng)只是一種幻覺,時(shí)間也是一種幻覺。只存在幀時(shí)的間隔。

我們把前面兩個(gè)論點(diǎn)再總結(jié)一下:

1、空間是不連續(xù)的,具有最小單位,由一個(gè)個(gè)普朗克長度大小的“空間質(zhì)“堆疊而成;

2、時(shí)間是不連續(xù)的,是無數(shù)普朗克長度的幀,一幀一幀推進(jìn)的,每個(gè)幀內(nèi)部是靜止的;

基于這兩個(gè)論點(diǎn),我們再來理解光速為何不變。

我們知道光是能量波,而空間則是傳播光這種能量波的介質(zhì)。

空間這種介質(zhì)傳播能量波的速度就是:一個(gè)普朗克時(shí)間前進(jìn)一個(gè)普朗克長度。

所以光速對于任何物體都是恒定的。

我們可以把這種規(guī)則形象的理解為:時(shí)間推進(jìn)的速度。

可以這么形象的理解:

我們的三維世界“懸浮”在四維能量空間中,四維能量空間是我們?nèi)S世界最高觀測者。

時(shí)間從四維空間中“進(jìn)入”三維空間時(shí),是每個(gè)普朗克時(shí)間執(zhí)行一次;

而執(zhí)行的結(jié)果就是“移動(dòng)一個(gè)最小距離單位”。

光速的本質(zhì)是什么?為何不變?

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