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《时空波动论》第一章 宇宙起源

2018-09-23  田牧

科学革命来临——《时空波动论》第一章 宇宙的起源 4 光的奥秘

时空波动论的科学革命 2018-09-22 15:23:34

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◎光速恒定的内在原因分析

光速为什么不多不少,恒恒定定,无论光源运动多快,永远是约30万公里每秒?

光速恒定,是爱因斯坦相对论的重要理论基础。因为它可以被当作一项公理,所以没有想过去证明它。

其实,这是可以证明的。现在就来解释,为什么光速会恒定为30万公里每秒,而跟光源的运动速度无关,并在后文证明光速也跟测量者的运动速度无关。

光速恒定表现在无论观测者运动速度是多少,他测出的光速永远是C。如果一个以C高速向前运动的人,来测量一束同向光线的速度,按照常理,他应该是与光线同速并行,测出的光速应该是0。可是,他测出的光速并不是0,而是C。

为什么会发生这种事情?原因在于:一,时间是随着测量者运动速度变化而变化的。这可以解释光速为何不随测量者的运动速度变化而变化(两者同向时)。相对论已经有了时间会随测量者运动速度变化而变化的推论。当速度增加时,时间会变得缓慢。

光速是不会随着光源运动速度改变而改变的。这是一个非常奇特的事实。一艘静止的飞船上发出一束光,光速为C,同时一个人以10公里每秒的速度在飞船内向前运动。当飞船加速到以20公里/秒飞行时,按照经典伽利略变换规则,这时那个人的速度相对静止地面的速度是20+10=30公里每秒。光速相对于静止地面的速度应该会增加到C+20公里每秒。为什么光速还是C不变呢?

只能有一个解释。

光束的运动必定有一个特殊的机制。正是这个机制,使得光源在运动时,也无法超过C的限制。又是这个机制,使得光束一经发出,又自动达到C,不会多一点,也不会少一点。

这个特殊机制到底是什么呢?

根源在于发生于一百四十亿年前的宇宙大爆炸。

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◎宇宙辐射场―――电磁波的加速与传播机制

宇宙创世之初的大爆炸,发出了无数的高能射线,这些射线直到现在都没有消失,一直弥漫在宇宙中的每一个地方。其初始速度就是现在的光速:约30万公里每秒。此后这个速度就再也没有变过,形成了现在遍布宇宙每个方向每个角落的宇宙微波背景辐射。它制造出一个充满宇宙的大电磁场。只要光源在这个电磁场中振动,立刻就能被充满宇宙的电磁辐射加速到30万公里每秒。

波在空间中传播,是需要介质的。振源产生了振动,通过介质将振动的能量传递出去。这是波运动的一致方式。声波就是通过介质来传播的,人们可以听到声音,是因为空气可以将声波的振动传递出去。由于真空没有介质,声波便无法在真空中传播。这一点人们都能理解。电磁波,包括光波在内,却完全不一样,可以在真空中传播。科学家们对此一直很不解。牛顿提出,在宇宙中存在着一种物质,名叫以太。光波就是在以太中传播的。

迈克尔逊和莫雷为了证明以太的存在,做了一个著名的实验,将光束向两个相反的方向发出。由于地球是以高速运动在以太中,以太就象风一样,吹过地球。本来没有风,当你乘坐高速列车时,你却能感到空气的阻力,一阵阵狂风般吹进车窗。所以在以太风的存在下,两束光中与地球公转方向相同的那一束相当于逆风而行,与地球公转相反的另一束则相当于顺风而行。它们将在速度上有一定差异。根据其差异就可以求出地球相对于以太的运动速度,也就是地球的公转速度。

他们惊奇地发现,无论如何精准地测量,两束光的速度是完全相同的,没有丝毫差别。这令他们百思不得其解。

这个实验,证明了以太是不存在的。而爱因斯坦,也正是根据这个实验的启示,提出了狭义相对论,指出光速的恒定性,在任何运动系都保持一致。

那么,光波和其它电磁波是通过什么介质来运动,传递能量的呢?在证实以太不存在后,科学家普遍认为,电磁波的传递不需要介质的存在。在真空里电磁波也能传递。

电磁波的传递确实不需要介质。因为电磁波具有波粒二向性。机械波传递需要介质,因为机械波是纯粹的波动。电磁波所具有的粒子特性是与机械波最大的不同。电磁波粒子就是电磁量子―――光子。光子其实并不是通过自已的飞行,而是通过不断产生新的后代光子而在宇宙中高速传播。

光子在被光源发出后,其运动特点是怎样的呢?光是一般电磁波。电磁波貌似是光子通过飞行来传播的。就象开枪打出一粒子弹,子弹通过飞行到达目标。可光子其实并非如此。打开手电射出一束光线,手电通过电力效应产生电磁辐射,这种电磁效应,导致相互垂直的电场与磁场的相互转换,会产生光子。运动的电场会自动产生磁场,运动的磁场又会自动产生电场,一旦运动的电场开始运行,就会一直这样转换下去,一环套一环,每一环都会因为电场与磁场的相互转换而产生光子。所以,光线或电磁波的传播,本质上是电场与磁场的传播,在传播过程中产生了光子这样的副产品。一个探照灯如果能照到月球,那这束光飞到月球的那些光子,其中并不光是从探照光上射出来的原始光子,而还包括非常多在电场磁场相互转换时新产生出来的光子。电磁波在传递时,光子都在作上下波动。同时光子也在以光速向前飞行,因为光子质量为0,所以会立刻被宇宙辐射风加速为光速。

之所以电磁波能达到那么快的飞行速度,主要还是因为电场与磁场这种相互转换的速度非常快,达到了光速。

科学革命来临——《时空波动论》第一章 宇宙的起源 4 光的奥秘

而宇宙内部的空间并非完全的真空,而是由各种充满宇宙的微波辐射形成的超级大电磁场。光子其实充满着整个宇宙空间。

电场与磁场的这样相互转换而向前传播的速度决定了电磁波传播的速度。由于宇宙充满了正在相互转化的电场与磁场,这些场相互影响,使得每一个新电磁场的传播速度都固定在了这个速度,即光速。

在量子力学里,力被解释为是在场中通过交换基本粒子来实现的。电磁力是电子之间在电磁场中交换光子产生的;强核力是质子与中子在杨――米尔斯场中交换胶子而产生,弱核力是电子与中微子在杨――米尔斯场中交换W玻色子或Z玻色子。这就是标准模型,将三种基本力统一了起来。

正是这些宇宙辐射电磁场的存在,使得光线以精确的光速传播。宇宙辐射电磁场里充满了电磁量子。这些能量子就是电磁波得以迅速传播的介质。电磁波就是通过它们来传递能量与波动。弥漫于宇宙的电磁辐射能将任何刚刚由电磁振源发射出的电磁波加速为30万公里每秒。

宇宙的原始大爆炸产生的辐射,其速度多少是关键。决定了现在所有电磁波的速度。如果这个原始速度是60万公里每秒,那么我们的光速常数C就不是30万公里每秒了,而应该是60万公里每秒。可以肯定,在其它奇点大爆炸而产生的宇宙里,光速常数将是形形色色的其它数字。我们所处的宇宙的光速常数一直是约30万公里每秒,完全是一个非常偶然状态下形成的结果。

现在可以解释为何光速不随光源运动而变化了。

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