二十、认识光速的本质

光速的本质

物理学的深入发展，光速概念的重要性越来越受到人们的重视，光速与时间、空间、场、质量、电荷、动量、力、能量······这些基本物理概念变得同等重要。

人们一提到光速不由自主的就想到了发光，实际上光速比发光现象更能够反映自然界的本质规律。

在统一场论中，把光速扩展为矢量，等于拓宽了人们对光速的认识。统一场论对于光速还有深度上的认识。

统一场论中，认定光速反映了时空同一性，即空间是基本的，空间的运动形成了时间，时间就是我们观察者对空间以光速运动的描述。

时间的物理定义把空间、时间、光速捆绑在一起，利用运动空间定义了时间的同时，又定义了光速。

时间和空间是同一个本源，是光速把二者联系起来。

认定光速是一个常量，空间和时间本来是同一个东西，意味着空间延长、时间相应的延长，空间缩短时间相应缩短，这就是时空同一性。

以下方程：

\begin{equation}\nonumber \vec{r}(t) = \vec{c}t = x \vec{i} + y \vec{j} + z \vec{k} \end{equation}

就是时空同一化方程。

点击展开注解：关于上述方程为什么叫“时空同一化方程”的进一步说明

原子中的电子生活在小空间范围内，运动速度极快，运动周期极短。而太阳系内，行星在大范围空间里运动，速度小，周期长，这一切的背后都是时空同一性的原因。

统一场论的时空同一性和相对论的时空相对性表面上看是矛盾的，但本质是一致的，时空同一性方程是基本的，从时空同一性可以导出相对论的时空相对性方程，稍后我们将给出推导过程。

解释与光速相关的相对论效应

我们首先来谈谈光速为什么是宇宙中最高速度的问题。

相对论中认为，光速是宇宙中最高的速度。相对论主要是根据数学公式做出的判断，因为物体的运动速度如果超过光速，有的物理量将出现虚数而失去意义。

其实从逻辑上推理光速是宇宙最高速度也很简单。

设想一架外星人的飞船，相对于我们静止时候长度是10米，当以某一个速度相对于我们运动的时候，我们发现飞船的长度在缩短，变成了5米，当运动速度达到光速的时候，缩短为零。

如果飞船以超光速相对于我们运动，按照变化的趋势来分析，难道会出现飞船比长度为零还要短的情况？——显然没有。

相对论认为，飞船内部放置一个钟，我们手里拿另一个时钟，这两个时钟在静止时候的走时是一样的。

当飞船相对于我们运动的时候，飞船内部的时钟走时相对于我们手里的一个时钟变慢了。

飞船内部观察者测量飞船内部同一个地点发生的两个事件的时间间隔，在飞船外面我们观察者看，这两个事件时间间隔延长了。

当飞船达到光速，在飞船外面的我们观察者看来，飞船长度缩短为零，飞船内部的时钟走时很慢，慢到凝固了，不走了。

一个相距我们50光年的一个外星球，外星人驾驶光速飞船到我们地球上，我们认为飞船需要50年达到我们地球。

但是，飞船里面的外星人认为，自己的零秒时间里走了无穷大的距离，所以，刹那间就到了我们地球。

如果有超光速，按照运动的趋势，难道存在了比不需要时间就走了无穷大距离还快的运动？——显然没有。

以上涉及到了相对论著名的尺缩、钟慢。

一个物体长度为零，体积也为零，体积为零，按理是不存在的，相对论这个结论让很多人不能够接受。

有人认为，这个是一种观察者效应，原因就是观察者的观察造成的。

尺缩钟慢到底是真实发生了，还只是观察者效应？相比较，认为是观察者效应的人占大多数。

很多人认为：

尺缩钟慢效应是相对于飞船外面观察者而言的，飞船实际尺寸没有改变。一个物体以接近光速运动时本身不会发生形变，但是它反射的光和电磁波发生了改变，在我们观察者看起来，就是这个物体发生了形变。

简单说吧，钟没有慢，尺也不会缩，一切都只是你的观察、测量原因。

但是，也有人认为：尺缩、钟慢，并非你观测才发生，未观测就不尺缩了、不钟慢了。只要有相对运动速度存在，尺缩钟慢就已经发生了。

有人采取折中方案，说：“尺缩效应”是观测效应，“钟慢效应”是实际效应。

统一场论认为尺缩和钟慢是捆绑在一起的，不存在一个是观察者效应，一个是真实效应。

统一场论认为尺缩、钟慢，既是真实的效应，又是观察者效应。

在统一场论中，真实效应和观察者效应没有绝对的区别，二者是统一的。

首先，你不能把观察者效应和真实效应完全对立起来，二者没有本质的区别。

你看到的宇宙为什么恰巧是那个样子——因为这个就是你大脑描述出来的，真实的宇宙只是存在了物体和空间，其余统统都是你的大脑的描述、运算加工而已。

在统一场论中，空间是运动形成的，空间是从空间从正电荷诞生出来的，以光速向周围空间发散运动，又以光速向负电荷收敛。

空间运动需要人的描述，你看到的空间不是静止的，而是以光速在运动，这种运动是相对于我们观察者才具有确定的意义。

不把空间的运动和观察者联系起来，谈论空间的运动是没有意义的。

空间的存在状态也就是运动状态，空间的三维垂直状态就是因为空间时刻以圆柱状螺旋式运动造成的。

几何上的空间三维垂直状态和物理上的运动状态是等价的。

空间的运动状态，就是我们人对空间三维垂直状态描述的结果。你看到的空间为什么是那个样子？正是你描述出来的那个样子。

你看到的红色，为什么是红色，因为那就是你的描述。如果没有我们人的描述，宇宙不存在红色。

你看到的一切景象，天空的湛蓝，花草的艳丽，都是大脑对获得的电磁波信号经过加工分析后的结果。

之所以是那个样子，正是你大脑运算后告诉你的。

你感觉到的热是什么，热是你大脑描述出来的，没有你大脑的描述，不存在热，热的本质是人对分子无规则运动程度的描述。

你感觉到的声音，也是来自于你的描述，有声音和没有声音的区别是空气中分子位置不一样。

声音其实不是一个真实东西，没有人的描述，声音其实是不存在的。

很多人将真实效应和观察者效应对立来看的——这个是普通人的思维。

但是，统一场论的核心思想就是物理世界的存在是虚假的，宇宙除了存在物体和空间不是我们人描述出来，其余一切物理现象，都只是我们人的描述而已。

在统一场论中，观察者效应和真实效应，没有绝对的区别，

我们说颜色、声音、热、都是人对自己感觉的描述，都是观察者效应，不是真实存在的东西，有人现在马马虎虎的能够理解。

但是，一旦说到运动状态也是人描述出来的【我们需要注意的是：静止状态也是我们描述出来的，没有我们观察者，宇宙中不存在运动状态，也不存在静止状态】，很多人的思维就不能适应了。

除了一种情况不是观察者效应【就是宇宙中存在了物体和空间】，宇宙中其余的一切都是观察者效应，都是我们观察者的描述出来的，包括运动状态和静止状态。

为什么物体和空间的存在不是观察者效应？

因为宇宙真实存在的就是物体和空间，其余都是我们对物体运动和空间运动的描述，其余都是观察者效应。

物体和空间的存在是宇宙一切现象能够诞生的基础，其余的一切都是人的描述，包括运动，静止，时间，质量，电荷，能量，力······

有人会问：

有些观察者效应和真实发生是一致的，有些观察者效应与真实发生的是不一致的，怎么区分这两种情况？

——不存在不一致的情况。

你看到的，就是真实发生的，真实发生的，就必须要有一个观察者去描述，没有观察者去描述的所谓真实的情况，谈论是没有意义的。

宇宙每时每刻都发生很多事情，我们在讨论这些事情的时候，总是要和某一个观察者联系起来，简单的说，就是相对于某某怎么样怎么样。

你不说是相对于某某，忽略了是相对于哪一个观察者，往往得出似是而非、模棱两可的结果。

这个是相对论经常被人质疑、诟病的地方，只能说相对论是一个不彻底的理论，彻底的理论应该是统一场论。

按照统一场论，宇宙存在物体和空间，与我们观察者无关，这个是客观事实，其余都是人的描述，其余都是主观的，都属于观察者效应。

在统一场论中，尺缩钟慢效应可以得到具体的应用。

统一场论认为，当物体以光速运动的时候，沿运动方向长度缩短为零，就不占用我们的空间，零体积的物体，就有可能穿墙而过，并且墙和物体都完好无损。

统一场论对于运动导致空间缩短，还可以用垂直原理来解释。由于物理上的运动状态和几何的垂直状态是等价的，当物体以每一个速度沿x轴匀速直线运动的时候，导致x轴发生倾斜，当运动速度达到光速，旋转了90度——导致沿运动方向的空间在x轴上的投影长度为零。

在具体应用中，统一场论认为物体具有质量和电荷是因为物体周围空间以光速发散运动，发散的条数和物体的质量成正比。

当用变化的电磁场产生反引力场，对物体照射，可以减少物体的周围空间光速运动的条数，当物体周围空间光速运动的条数减少到零，质量就变成了零，就会突然以光速相对于我们运动起来【这个就是外星人光速飞碟飞行原理】。

当质量接近于零，虽然不会以光速运动，但是，处于准激发状态，可以穿墙而过，并且，对墙和物体丝毫没有损伤。

如果尺缩钟慢是纯粹的观察者效应，以上统一场论预言的刚体穿墙而过，并且二者都完好无损，显然是不可能的。

有人认为物体质量为零，物体内部的分子相互之间没有作用力，就像尘埃那样散了。

这种情况下，一个观察者认为这个物体的质量为零，另一个观察者认为质量和平时一样的。

这个和相对于任何一个观察者，质量都是零，是有区别的。

相对论认为，一个飞船以光速相对于我们运动，我们发现飞船沿运动方向的长度为零，而导致体积为零；

飞船内部观察者认为飞船从开始运动到结束运动是没有过程的，这一次旅行，无论多远刹那间就到了。

这个让我们难以接受。

统一场论认为时间是观察者周围空间光速发散运动形成的，当你以光速运动的时候，你已经追上空间，追上了空间的光速运动，你已经追上了时间。

所以，在我们看来你就没有空间了，你的时间不走了，凝固了。

这样我们就容易理解了。

相对论认为，物体以光速运动，运动质量变得无穷大了，无穷大的质量我们是难以接受的。

统一场论认为，物体的质量反映出物体周围在一定立体角度内光速运动空间位移的条数。

当这个物体以接近光速运动时候，这个立体角由于相对论性的空间收缩性，将变得接近为零，而条数按理不会随速度变化，所以，导致质量趋于无穷大。

由于质量是我们观察者观察出的物理量，质量反映了物体周围空间的运动程度，质量的本质是空间运动效应，所以，物体的质量为无穷大或者为零，我们就容易理解了。

在统一场论中，一切物理概念、物理量都是我们观察者描述出来的。

速度也不例外，只有相对于观察者我的运动速度才是真正有意义的速度，只有相对于我们观察者的光速才是光速不变、光速在宇宙中最大。

对于运动速度和由运动形成的事件，事件的开始和结束与观察者我有关联，才会有明确的结果。对于与观察者我没有关联的速度和事件，谈论结果是没有意义的。

比如，我们在地球上转动自己的身体，一秒钟转一圈，相对于几百亿年的一个外星球，相对于我们观察者，星球旋转的线速度肯定超光速。

但是，这种超光速与我们观察者没有因果关联，所以，这种超光速是没有意义的。

比如，我们观察者站在地球上，看到两个飞船都以0.9倍光速在运动，一个向东，一个向西，在相对运动。

我们观察者认为无论那个飞船相对于我们观察者的运动速度没有超光速。但是，在我看来，两个飞船相对之间的运动速度是1.8倍光速。但是，这种超光速不是相对于我们观察者超光速。

相对于我们观察者是没有超光速的。

在统一场论中，有一种情况下，光速可以小于每秒30万公里。

当光源相对于我们观察者以速度 $\vec{v}$ 匀速直线运动的时候，沿 $\vec{v}$ 的垂直方向光速，的确是小于每秒30万公里。

用时间的物理定义解释相对论中的光速不变。

相对论以光速不变为基础而建立起来的，但是，相对论没有解释、也没有能力解释光速为什么不变，相对论只是把光速不变作为事实依据，展开了对牛顿力学的扩展、修改。

相对论中光速不变是指：

光源静止或者以速度 $v$ 运动的时候，光源发出的光的速度 $c$ 相对于我们观察者始终不变。

如果你知道时间的物理定义，立即就知道了光速为什么不变。

以上的时间物理定义为：

宇宙中任何物体【包括我们观察者的身体】周围空间以物体为中心、以光速 $c$ 向四周发散运动，而光是静止于空间中被空间这种运动带着向外跑的，空间这种运动给我们观察者的感觉就是时间。

这样说来，时间的量 $t$ 与光速 $c$ 运动空间的位移量 $r$ 成正比，也就是： $r = ct$

光速 $c = \dfrac{r}{t}$ 是一个分式，从小学数学中我们知道，分式就是分子除以分母。

光速中的分子——空间位移 $r$ 和光速中的分母——时间 $t$ 其实是一个东西，是我们人为的把一个东西叫成两个名字。

比如，张飞，又名张翼德，虽然是两个名字，但是，指的是同一个人。

所以，光速的分子——空间位移 $r$ 如果有什么变动，光速的分母——时间 $t$ 一定会同步变化，因为 $r$ 和 $t$ 本来是同一个东西，是我们观察者叫成了两个名字。

这样光速的数值 $c = \dfrac{r}{t}$ 始终不变，这个就是光速不变的原因。

比如说，我们看到了张飞胖了，体重增加了5斤，我们马上就可以断定张翼德体重肯定的增加5斤，因为两个名字指的是同一个人。

张飞和张翼德的体重在增加，但是，张飞的体重和张翼德的体重的比值始终不变。

当光源相对于我们以速度 $v$ 运动的时候，引起了光速的分子——空间位移 $r$ 的变化，一定会引起光速的分母——时间 $t$ 同步变化。

当光源相对于我们以任意一种方式运动的时候，引起了光速的分子——空间位移 $r$ 以某种方式变化，一定会引起光速的分母——时间 $t$ 按照那种方式同步变化。

从以上可以推理出，光源相对于我们观察者无论是匀速还是加速运动，光速始终不变。

这个表明广义相对论基本正确，因为广义相对论基本原理就是相互加速运动的观察者观察同一束光速度是一样的。

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