以辩证看待超光速作为出发点,谈科学理论的革新_风闻
幽灵之翼-2021-06-30 09:58
前排提醒,本文涉及赞成陈平老师、杨振宁教授观点的内容,请与这两位相关的PTSD患者酌情观看。
通过观察评论区,特别是风闻区声音较大的那几位“科学家”,笔者认为在讨论命题“辩证看待超光速”之前,有必要先讨论清楚什么是“辨证”。
辨证法,唯物主义辩证法这两个名词背后的思维逻辑有微妙的区别。
首先,这两种辩证法,都是“正”,“反”,“合”。
但是黑格尔哲学中,指的是从抽象的一般概念开始(正),这个概念引起矛盾(反),矛盾的概念调和于第三个概念中(合)。
黑格尔的唯心主义思想下,人类的一般认知,是包涵矛盾的,与真理不符的。所以要找到引起矛盾的反题,然后在反题的指引下,得出一个第三概念。
我们今天讲马克思批判性继承黑格尔的辩证法,那么就得说清楚,批判了什么。马哲中,有两句经典的描述:
1、 客观存在决定主观意识,主观意识影响客观存在。
2、观念和概念中的矛盾是对客观世界普遍存在着的矛盾的反映。
进而,正题,反题,合题的内涵也就发生了变化。正题是人类的普遍认知,也可以继续用之前的定义“一般认知”,那么此时,反题和合题,沿用之前的的概念,便会产生逻辑上的矛盾——正题本身已经包涵了黑格尔辩证法中的正反合。
我们先跳出概念讨论,回顾一下历史。无论是亚里士多德、黑格尔还是马克思,都承认人类认知的局限性,当然他们对人类认知的局限性究竟在何处有疑问。(譬如亚里士多德就认为,只要能说出来,就代表认知了,这也是西方哲学“辩证法”译名的由来。)
作为唯物主义辩证法正反合的具体案例——经典力学理论,其假设本身蕴含了假设与实际情况不符的矛盾:
1、假定时间和空间是绝对的,长度和时间间隔的测量与观测者的运动无关,物质间相互作用的传递是瞬时到达的——被广义相对论证伪。
2、一切可观测的物理量在原则上可以无限精确地加以测定——被量子力学证伪。
那么今天我们完全抛弃经典力学了吗?并没有,我们只是为经典力学划了一个清晰的边界(以今天的标准),相应的公式都有应用范围。
此时诸位则可以直观的看到,唯物主义辩证法下的正题、反题与合体了。
正题与合题,本质并没有什么不同,假设和公式基本没变,但是在反题的帮助下,正题的边界更为清晰。反题本身是为了解决正题矛盾而存在的,合题是成功解决了正题矛盾的反题成立的前提下的“正题”——或者也可以说是被反题勾勒出清晰边界的正题,也可以更感性一点,正题是480P的小电影,而合题是VIP尊享的4K小电影。
对于辨证,我们暂时讲到这里。接下来,可以开始讨论“超光速”了。



我们先撇开历史谈光速(虽然历史很重要辣),光速作为一个常量,在今天的前沿物理学公式当中,基本是普遍存在的。
光速不变理论,最根本的目的是说,真空中的光速是一个常量,而不是变量,否则以此实验数据为基础的方程均无法进行计算。这并不代表爱因斯坦本人,对这一反常理现象并不怀疑。而今天所有物理学的发展,都与这个常量c脱不开关系。如果光速不变理论被“否定”,那么今天的理论就会被全部“否定”。(请注意,引号中的否定,指的是类似于“中医黑”否定“中医”“伪史论”对埃及希腊的否定,即全盘否定,并非前文所指的补充说明)
我们今天对光速的普遍认知,是源于,相对论中基本假设:光在真空中的速度c是一个常数,与光源的运动状态无关。也就是说,在直观认知中超光速指的是宇宙旅行、跨空间信息传递的速度,目前为止,没有严格意义上超光速现象的确切证明。——如果量子纠缠可以超光速传递信息,那么的确可以证伪。进而解决相对论的假设本身所存在的矛盾。如同牛顿力学的假设中所存在的矛盾一样。
当然我们可以在现有理论基础”完全正确”这一假设的基础之上,讨论与常规认知相比,反常的“超光速”现象。
1、 宇宙膨胀与红移,这个网络上讨论的人较多,相关的视频也很多,这里只做简要的论述。对红移原因的推测即是建立在光速不变基础之上的。对于远离地球的发光天体,光速不会变化,那么只能光携带的能量会发生变化了,表现就是频率的降低,即红移。对于宇宙空间的膨胀速度,说法较多,有修补相对论的,也有打着推翻相对论名头的,但问题都很明显,那就是没有切实的实验证明。
2、 物体A与B朝相反方向运动,对于观察者C****来说,速度超过光速,这个目前为止,没有意义,或者说,对于观察者C而言,无法利用。诸位可以认为这算超光速现象,但与我们今天要着重讨论的内容无关。
还有另一种程度上的“幻觉”,上一篇文章的段落并附上链接,给关注这方面趣闻的水友们。
在这幅非等比尺度艺术插图中,模拟射电图像显示了两个中子星合并产生黑洞产生的超高速射流,这是在2017年8月观测到的一个戏剧性事件。图片:D. Berry, O. Gottlieb, K. Mooley, G. Hallinan, NRAO/AUI/NSF
3、 契伦科夫辐射、光的“相速度”与光速背后代表的实际意义。
先上一张图,简要的讲解一下光的产生与介质。
这张图中,笔者为了方便后面的讲解,将电子描绘成电子云,看起来有一点不直观。
光的本质是以电子为代表的带能粒子,能级跃迁时,释放出的电磁波。真空中,传播速度为常量c,在不同的介质中,有相应的“相速度”,这个相速度指的是光进入介质后,波长发生变化的现象,并不具有“速度”的涵义,只不过可以通过公式转换为一般意义上的速度。
凝聚态物质,原子间有较强的相互作用,这类相互作用,对光的传播速度会有一定的影响。我们这里引入一个有意思的概念:“声子”。
声子是上世纪物理学家在研究声音传播时,参考光子定义的一个虚拟概念,说其是虚拟,是指现实中并没有相应的物质(或者说基本粒子)可以被定义为“声子”。
对于在参考系中速度为0的原子也并非静止不动的,原子会相对于其原位置作振动,凝聚态物质中,因为原子间较强的相互作用,振动会以类似弹性波的方式进行传播。换句话说,也就是只有在这种具有一定规律的集体相互作用下,声子才会存在。在微观层面,这样的现象是很普遍的,通常被称作元激发或准粒子。
相较于之前关于原子激发态的示意图,我们可以抽象的认为,光子与声子作用,产生了新的光子与声子。
光子与声子间的相互作用,或者说光在介质中传播时的模型假设,是基于统计物理学的基础而存在的,也就是说,很难截取某个时间点,某个“光子”经过某个晶格时所发生的变化(基于量子力学的测不准原理)。

在介质中光速的转变,是即时生效的,也就是说,在真空中30万千米每秒的光,在射入水中的一瞬间,光速就变为22万千米每秒(不同温度的水密度不同,传播速度也不同)。——这也再次证明了光的本质是电磁波。
那么,契伦科夫辐射的现象也就可以解释了,因为对于能与原子进行强相互作用的粒子而言,在介质中速度的变化是连续的,其射入水中后的速度变化,不会像光速一样立即发生变化,所以在某些介质中,一定会出现一些粒子的速度,超过光在该介质中的相速度。
对于真空中的光速,我们可以再解读为在没有约束的情况下,电磁场传播的速度。(当然这没有任何意义,就好比在学经典力学时,非要矫正牛顿的说法一样)
4、 量子纠缠、光的群速度与信息的超光速传输 “悖论”。
对于量子纠缠,诸位可以效仿刚才我们讲“声子”时,所提到的群体行为来理解,不同于“声子”的是,至少对于今天的人类而言,我们并没有有效的观测手段,来搞清楚具备不同叠加态的量子整体行为中,各叠加态的行为。那么科学的结论,就指向了一个反直觉的认知——薛定谔的猫。
两个量子经过相互作用,具备了集体行为之后,将他们分离,无论再远,只要其中一个被测量后,也可以立马知道另外一个的状态。
但是目前,我们仍旧无法超光速的传输量子,或者超光速的操作量子,也就是说,对于没有发生量子纠缠的两个量子,我们无法“隔空”(严谨一点的话,诸位可以假定一个量子在地球,另一个在天王星)使其发生量子纠缠。
这也就是今天的科学结论,物质(或信息)无法超光速的原因之一。
对于我们今天所讨论的因果律而言,作用的结果,必须发生在作用产生以后。信息的本质,即是某类“有效的”作用,即某个时刻产生的作用必然在这个作用。
我们进入本段内容的正题,先科普关于光群速度定义的由来。
我们知道,电子本身便具有叠加态,而且如同原子一样,电子本身也会“振动”当然这个振动的表现形式与之前我们讨论声子时,原子振动的方式有所不同。如下面的简图所示电子的振动,指的是电子在“电子云”中不同位置出现的概率会不断发生变化:

那么,即是是自然界中存在的单色光(比如激光)而言,也是具有频谱的(除非你能找到真正意义上单个的运动中的光子)。
以理想状态下,单个的光脉冲作为案例。

可以发现虽然光是以a点作为起始点,但,光信号指的是在相位一致,进而能量最大的那段区域。
对于光脉冲而言,这段波峰传播的速度,是光的“群速度”,也就是光信号传播的实际速度。对于理想状态中的电磁场而言,a点的速度,是光波的前沿速度

这是上面刊载了那张光包络图论文的链接,有兴趣的小伙伴可以下载看一看:
《光纤中基于受激布里渊散射的快慢光 及超光速传输的研究》
学 校: 上海交通大学
博士生: 张 亮
导 师: 詹 黎 教授
2016 年 1 月
https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?dbcode=CDFD&dbname=CDFDLAST2020&filename=1019681797.nh&v=Cm%25mmd2Bj%25mmd2BLZ9GTtP9%25mmd2F%25mmd2F7%25mmd2Fu%25mmd2BPkm9799TFNmVRVUjJ4Fjo6ygm4ULq2eOirl0K0mw0XPN%25mmd2B
在这篇论文中,主要的研究手段,就是利用“光子与声子的作用”(即布里渊散射),描述的一类反常现象是,对于一个光程足够短的介质,会发生光信号还没有进入光纤,光纤的另一头就已经发射出光信号的情况。这就是我们今天所说的具有实际意义的超光速传输。——当然,虽然群速度已经超光速了,但光的前沿速度仍旧没有超越光速,所以诸位还不用担心自己对相对论的信仰会被推翻。
我们继续对“信息”这个概念进行讨论,顺便开启下段内容,在上面的讨论中,笔者已经暗示了一点,今天我们所说的“观察”并不是真正意义上的“隔岸观火”,光信号的传递已经是量子层面纠缠行为的结果了,也就是说,无论通过什么样的仪器转化光信号,当你“看到”的时候,量子纠缠已经发生了。今天对于微观领域的探测,经常用的一个概念就是“探针”,这点在观网的新闻中已经有所体现了。
5、 对太空中光速是否可超越的理论探索
对相对论提出质疑,是物理学的传统了,这里先上一篇劲爆的论文,北京工业大学的信息学教授写的(头衔可能说错了,如果大佬也看观网,毋怪)。
《观测与相对论:光速在爱因斯坦狭义相对论中为什么不变?》
北京工业大学学报. 2020,46(01)
编者按:
《北京工业大学学报》本期设立一个新的栏目———“学术争鸣”.毛泽东主席曾提出著名的发展科学繁荣文学艺术“双百方针”,即“百花齐放,百家争鸣”. 习近平总书记也曾指出: 要提倡创新,鼓励探索,开展学术争鸣,活跃学术空气.本期“学术争鸣”刊载阮晓钢教授题为《观测与相对论: 光速在爱因斯坦狭义相对论中为什么不变? 》( 以下简称《观测与相对论》) 的论文. 《观测与相对论》是一篇纯粹的学术论文,是逻辑和理论的产物. 然而,其中由逻辑和理论导出的“观测相对论”,却是对爱因斯坦狭义相对论乃至广义相对论的挑战,是对物理学主流学派思想和理念的挑战,是对人类近现代自然观的挑战.真理,既是实证的,又是思辨的. 无论实证,还是思辨,都离不开学术争鸣. 为探求自然真谛,本刊将《观测与相对论》呈献于“学术争鸣”———“奇文共欣赏,疑义相与析”.
https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?dbcode=CJFD&dbname=CJFDLAST2020&filename=BJGD202001010&v=2SElGXNNGRRVxxZWgW09RLxhL3LksBUE1B04sJW34TBpg5HwIw5h07xcR4N%25mmd2Fz4%25mmd2F6
以及相关的反驳和回应的文章:
《评阮晓钢教授的“观测相对论”》
https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?dbcode=CJFD&dbname=CJFDLAST2020&filename=BJGD202007014&v=2SElGXNNGRRckGyplbd%25mmd2BZkq0mjuWUK2NxMTpRh%25mmd2FmzcpHsJf4tIFPrB06FtPQXAYs
《答<评阮晓钢教授的“观测相对论”>》
https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?dbcode=CJFD&dbname=CJFDLAST2020&filename=BJGD202007015&v=2SElGXNNGRT6Vqa6LDn3zS%25mmd2B6yiv28h3hDOURvLODmRH2xB9VAQwojSWLV5GAE%25mmd2FNm
这篇论文的核心思想,其实就是从对群体行为、系统信息的思考而出发的。
我们知道,对于人体而言,每个细胞的行为本身并不一定会直接体现为人体的行为。而在另外一些复杂系统中也是如此,复杂系统中较低层级的子系统中的信息,在整个系统中并不一定会被体现,也就是说低层级信息载体与高层级的信息载体并不相同。只有具备了某种结构的子系统,才会被作为更高层级传递信息的载体。那么自然,高层级的信号,要转化为低层级的特定信号,也一定要通过特定的结构。哪怕两个不同载体的信号,承载的信息完全相同。
这个哲理不是很难理解,在各类学科中都有不同的表现形式,为了避免抬杠,笔者还是举一个例子,文化是指代人类某个群体承载的信息——虽然中文是模糊的,譬如我会夸某人有“文化”,但是应该不会有人说某个教师教某个学生知识=教师文化输出学生。
熟悉陈平老师的同学,看完这段内容以后也应该会很快的想起普里戈金的耗散结构理论,以及《代谢增长论》中,关于演化的论述。
本段内容中提到的论文,对媒介速度与观察效应,提出了一个反思,认为我们今天人类的观察仍旧受限于光速,并希望解决经典力学、量子力学、相对论之间的矛盾。或者说希望做爱因斯坦对经典力学做的事情,给相对论划一个清晰点的边界,为找到可利用的在太空中超光速信息传输的做了一个思维试验(物质运动目前希望仍旧很渺茫)。
但我们需要明白一点,在物理学中,思维试验再好,再完美,仍旧需要实验来验证,诸位可以推测一下,假如爱因斯坦的理论没有被实验证明,他在今天的风评会不会类似于霍金。
作为文章的总结,笔者必须对所谓的“超光速现象不存在”这个论点进行批判。
我们必须要明白,科学的结论的实际意义是什么。科学技术在今天,代表的是人类与物质交互的最可靠手段,如果科学结论证明不存在,并不代表现实世界真的不存在,只是说,并没有可靠的手段去实现(cue一下@鹰击长空 “科学只能证明有不能证明无”,声子这个概念既有也无,我有点好奇他会怎么解释),作为一个群体,人类所能掌握的资源是有限的,太空时代笔者不敢断言,但是至少在今天,在地球上我们不可能再像古代社会,单纯的利用猜测去探索发现。我们必须把有限的资源,投入到有保障的方向上。
阴阳五行是古代经验总结,今天在物理学中我们不用的原因,并不是因为我们证明了“阴阳五行”不行,而是我们并没有证明“阴阳五行”为什么行,有些朋友会认为阴阳五行将来会被应用在量子领域,但问题是,目前为止我们并没有证明微观层面的信息在宏观的领域展现的机制。而今天的国际形势,也不容许我们完全扔掉西方科学技术,关起门来,试一试中国传统文化能不能独立发展出能比肩“西方科学技术”的技术。
不是说,科学结果说不存在,在舆论场里,你也说不存在,你就“科学”了,科学家根据科学理论得出的结果说不存在,但是每个科学家,至少是每个物理学家,在了解力学史的前提下,偶尔都会做一做超越爱因斯坦的梦,只不过没人把大家伙的钱拿去打水漂或者说学民科去骗钱。
这也是为什么,杨振宁教授,坚决反对建加速器,建议国家发展凝聚态物理的原因,要了解微观世界,要做到太空中的超光速传输信息,那么我们必须要有操作更微观层面物质(或者如果你是弦论的爱好者,说操作弦也行)的技术,要有切实的物质基础。粒子加速器仍旧是利用电磁场去“找”新物质,读过历史的话,会知道在古代炼丹、炼金术也是寻找新物质(大胆一点,火也有电磁辐射),在技术手段、设备没有革新的情况下,无异于浪费钱。
诸位也可以看见,前几天河北反相对论得奖的那位教授,之所以有这样的事情发生,实际上,也是我们的舆论场里,关于科学的认知仍有一定的局限(换句话说,这个奖,实际意义在于提高了公众对科学的认知)。
如文章开篇所述,在辨证看待相对论的前提下,将来有一天,我们或许会推翻相对论,但是如同对经典力学的推翻一样,新的广义相对论的合题仍旧会是广义相对论,但其边界会变得更清晰。顺着这个思路,我们也可以沿用到中国古代历史、西方古代历史、中医上,但这些会是下篇文章的内容了,我们就此打住。
本文最后,想提醒一下文章区的民科们,咱们大家伙键盘上讨论一下,开心了就好,别幻想组织上或者其他公司投钱给你(话说有没有法律界大佬,举报骗钱的人有奖金没),批判一方也千万别觉得自己跟着科学家的说法复述,就证明你真的掌握科学精神了。——美国德堡WHO也侧面保了一下,你信这次疫情跟美国人没关系吗?你在查阅了相关资料,特别是火锅大王关于时间线的整理后,保留一定程度的怀疑才是真正的科学精神,因为科学本身的定义就代表了人类的认知是有局限性的(以官方的做法为标准,就是要求美国佬也开放德堡接受WHO的检查)。打着科学旗号,玩一神教,是西方的传统,可不是中国的传统。
笔者仅仅是周末去查阅了相关资料,并在这两天上班摸鱼期间进行了思考,并没有真正的掌握相关的公式(顶多知道是干嘛的,怎么去算),只敢说自己做到了辨证看待超光速现象,科学的看待说起来是有点心虚的,不知道详细的流程,很难做到真正的科学看待。——这也是我党要求领导人必须有各级政府从政经验的原因。


