乘坐霍金的時光機能看到什么

林左鳴

教授,中國航空工業集團,北京100022;北京航空航天大學,北京 100083

乘坐霍金的時光機能看到什么

林左鳴

教授,中國航空工業集團,北京100022;北京航空航天大學,北京 100083

時間 空間 信息影像 超光速 效應能量

立足于以信息態為基礎的容介態理論,對時空概念進行深入剖析后可以得到如下認知：時間是物質從初始運動到終止運動的度量,是隨著物質運動的初始到終止而連續增量的空間概念值,是不可倒流的;物質態空間是運動著的,只能以直線(或徑向)的趨勢,作膨脹或收縮運動;時空并非一體,時間不是三維物質空間的更高維度。光子中單奇子的統一互變特性決定了光速不變,也決定了物質的能量只能使物質運動速度達到光速。光子粒子接收了外源信息,完全變成信息粒子的運動速度就會遠遠超過光速;以信息態能量速度運動的效應能量可以使物質的速度超過光速。所以人類不能穿越時空到達未來或置身于已經過去了的真實社會之中,但可以通過超光速飛行去追趕過去了的事物的信息影像。

2010年5月媒體報道：英國著名物理學家史蒂芬·霍金稱,人類可以乘坐時光機飛入未來或返回歷史。作為當代著名科學家的這一論斷,又把人們的思想帶回了中世紀的囚籠,即認為未來是上帝這個全能的造物主預先安排的,因此有了時光機就可能與造物主同行,去探秘人類的未來。人類的未來是既定的,還是未定的,這可是個重要的問題。如果人類未來真是既定的,命運之神不可擺脫,那么今天人們為創造美好的未來,包括為保護環境、保護地球家園的一切努力豈不都是枉費心機嗎?其實,人類正在進行的一切活動包括保護自然的努力,說明人們并不接受宿命論。難道這樣的質疑是“雙生子佯謬”和“殺父佯謬”之后的又一個佯謬?不管怎樣,這一切都是時間和空間的問題惹的“禍”。千百年來,時間和空間的問題困擾了無數哲學家和科學家。20世紀初,科學巨匠愛因斯坦提出了狹義相對論和廣義相對論的理論體系,幾乎就要給時間和空間的問題蓋棺定論了,然而其后不斷面臨著人們提出的一個個悖論所帶來的質疑和挑戰。盡管科學家們的釋疑總是使相對論理論“山窮水盡疑無路,柳暗花明又一村”,但是筆者認為,基于信息態為基礎的容介態理論視野[1],新的質疑和挑戰又必然要出現了。那么,在信息態和物質態二元容介態的理論體系下,乘坐霍金的時光機又能看到什么呢?要回答這個問題,恐怕首先還是要理清時間和空間的問題。

1 時間的定義

霍金在探索如何建造時光機,并利用時空的第四維時間去做超越現實的旅行時提到,如果科學家建造了蟲洞,“通過蟲洞,這位科學家可以看到一分鐘前的自我。如果這位科學家利用蟲洞,向以前的自我開槍,會發生什么事情?他現在已經一命嗚呼。那又是誰開的槍呢?這便是一個悖論……”[2]看來,即便是寫出《時間簡史》這樣一部科學巨著的霍金,也不得不面對這個所謂的“殺父佯謬”的挑戰。這個問題之所以成為佯謬,是因為有科學家提出了“平行時空”的觀點,認為“時空不是唯一存在的,而是無數個時空平行存在,它們彼此之間一般情況下是無法產生聯系的,每個時空都依照它本身的規律和順序演變。”[3]不過“平行時空”觀點的出現,又使回到歷史中去旅行成為悖論。因為“如果每個時空都平行存在,那么在這個時空存在的人未必在另外的時空也存在。也就是說你在另外的時空壓根就找不到你的祖父,更談不上殺掉他了……”[3],既如此,所謂“返回歷史”又從何談起?因而又產生了許多其他的佯謬,比如“薛定諤的貓”,等等。

盡管這樣,霍金還是堅持認為時間有縫隙。在他看來,“任何物質都不是完整無瑕和實心的,如果仔細觀察,會發現它們上面都存在小孔和縫隙,這是一個基本的物理原理,同樣適用于時間。即便像臺球一樣的東西,上面也有裂縫、褶皺或空洞。現在容易說明這種情況也存在于第一個三維中。我相信,這一原理同樣適用于第四維。時間也存在許多微小的裂縫、褶皺和空洞。在最小的刻度下——比分子甚至原子都小,我們來到一個稱為量子泡沫(quantum foam)的地方,這是蟲洞存在之處。”[2]

看來,要弄清楚是否確有“蟲洞”存在,首先要弄清楚時間究竟是什么?牛頓在《自然哲學之數學原理》一書中曾對時間作出了他所理解的定義,他指出：“絕對的、真實的和數學的時間由其特性決定,自身均勻地流逝與一切外在事物無關,又名延續;相對的、表象的和普遍的時間是可感知和外在(不論是精確的或不均勻的)的運動之延續的量度,它常被用以代替真實時間,如一小時、一天、一個月、一年。”[4]現在看來,牛頓三百多年前對時間所做定義的物理意義并不十分明確。

筆者在“自然容介態——以自然信息為基礎的進化機理的假說”[1]一文中已經闡明,時間源于物質的合成和運動。如果我們一定要定義一個絕對時間,那么它只能是完全信息態空間里的時間。在完全信息態空間里,物質及其運動尚未誕生,因此時間即絕對時間等于零,它只不過是時間的零點。可見,人們對時間之所以一直是摸不著頭腦的,完全在于沒有認識到物質之外的存在,即沒有認識到物質態空間之外還有信息態空間。由于信息態空間中自然信息的聚合運動形成了最基本的物質粒子單奇子,而正是這一剎那,時間開始產生,并成為物質運動的度量。因此,時間是因物質運動而產生的,如果沒有人為設定的話,時間永遠只有一個度量,那就是單奇子互變一個周期所用的時間即10-15s,故而時間是不變的、恒態的。這是因為,大爆炸形成單元區的過程是相同的[5],單奇子又都是來自于信息態空間,也就是說各個單元區的單奇子也是相同的。由于我們定義時間是物質運動而產生的度量,因此信息態空間合成單奇子的時間為宇宙初始時間。各單元區所使用的時間,都是以單奇子合成的時間為標準時間,也就是說,宇宙的時間是統一的!不同的是,每個單元區形成時的時間各不相同。所謂的“量子泡沫”可能和“波粒二象性”一樣,都是緣于單奇子在進行物質粒子和信息粒子兩態性互變時出現的現象。當單奇子變成信息態的一剎那,就出現了波的現象或“量子泡沫”。

綜上所述,我們可以把時間定義為：時間是物質從初始運動到終止運動的度量,是隨著物質運動的初始到終止而連續增量的空間概念值。時間也是人為選擇的一種長久不變地運動著的物質規律,是在這種物質規律中,依照長久不變的原則所設定的物質運動規律的度量。按照這個定義,時間是一種特定的增量形態,是不可倒流的一種度量。

物質從生成時就開始運動,物質運動一開始,時間也開始。物質運動是連續的運動,因此時間也就是隨物質運動形成的連續形態,連續的時間是沒有縫隙的。在“0”以后的實數是時間范圍的量值。一方面在運動中的物質沒有完全靜止下來時,時間是沒有間隔和縫隙的。另一方面,物質由完全靜止狀態(自然界不存在完全靜止的物質,這里僅僅是一種比擬,實際上指的是一種物質由“無”到“有”的瞬間臨界狀態)到物質運動的初始狀態之間(用“之間”這種表述或許也有失嚴謹),是沒有時間的靜止態,沒有時間,自然也就不會存在所謂的“時間縫隙”。我們這里所說的物質是宇宙單元區中所有物質的集合,是一個宏觀概念。在其中的微觀粒子運動中,由于單奇子二態性互變所形成的物質粒子之間的間隔(信息態)相比之下顯得突出了,因此出現了“波粒二象性”和“量子泡沫”,然而在單奇子轉化為信息態那一剎那,對單奇子而言不過是時間等于零的狀態,而不是什么“時間縫隙”,時間等于零,也就沒有了時間,當然也就不存在時間的縫隙。實際上,把時間設定成如同物質體一樣具有界面的屬性還緣于人們對空間認識的誤區。因此接下來我們有必要闡明空間的概念。

2 空間的定義

史蒂芬·霍金指出：“一切物體有時間以及空間長度。時間旅行意味著我們要經過第四維。要想搞明白這一點,我們可以想象正在從事一種日常活動,比如開車。開車沿直線行駛,是在一維中旅行。是左轉或是右轉,則是二維旅行。驅車上下山意味著又多增加了高度,所以是在三維空間內。”[2]霍金認為,要實現時間旅行,則是在第四維中活動,他甚至借用科幻電影中的時光隧道概念,以此作為人們通向第四維的假想通道。這里就涉及到空間定義這么一個非常重要的問題。眾所周知,自愛因斯坦相對論理論誕生以來,現代物理學基本上認為時空是一體的,其中時間是第四維。對此霍金說到：“相對論迫使我們從根本上改變了我們的時間和空間觀念。我們必須接受,時間不能完全脫離和獨立于空間,而必須和空間結合在一起形成所謂的時空的客體。”[6]這里的關鍵在于“時空的客體”,即不但把空間和時間視為緊密相聯系,并且實際上是一體的。關于這一點牛頓在《自然哲學之數學原理》一書中就提出了雛形,他認為空間由絕對空間和相對空間所構成,顯然絕對空間指的是“與一切外在事物無關,處處均勻,永不移動。”“相對空間是一些可以在絕對空間中運動的結構……”[4]其實至今我們在物理學上研究的空間概念都是指相對空間。絕對空間在過去的概念里,那幾乎就是上帝的家。那么,既然相對空間是在絕對空間中運動的空間,而運動又必然和時間相聯系。所以“絕對空間與相對空間在形狀與大小上相同,但在數值上并不總是相同”[4]。牛頓這里所說的數值上不總是相同,就是指時間數值的變化。因此牛頓也認為通常情況下空間(相對空間)和時間密不可分。

對于時空一體,時間是第四維,最早借助數學方法提出成體系的理論觀點的,應該是以愛因斯坦為代表的近代科學家。在愛因斯坦提出狹義相對論之后,德國數學家閔可夫斯基提出了一種四維空間表達式,即“閔可夫斯基空間”,這就為狹義相對論導出時空一體的概念提供了強有力的數學武器。再加上運用“洛倫茨變換”進行運算,就使狹義相對論在數學基礎上“鐵板釘釘”了。在時空一體的理論框架下,又推導出了兩個曾經駭世驚俗的結論,即“鐘慢效應”和“尺縮效應”。

時間與速度的關系是恒態與動態的關系,即單位時間是恒定的,而單位速度是可以動態變化的。時間和速度之間既存在“等對”(時間和速度之間始終為相對應的)的關系,又有“相對”(時間不變,而速度變化)的關系。這就是說,時間對于速度而言不是相對關系,而是絕對關系。把時間認為是本質可變的,似難成立。在時間同速度的關系中,只有速度是可變量,而時間則是隨著速度的變化而等對的量。速度的變化取決于使用的時間的多少,而在某一時間內的速度則可以無限變化,但一個速度內的時間,卻是恒定不變的。使用時間的可變性和時間本質的可變性完全是兩個不同的概念。

因此,“鐘慢效應”的問題就在于把剩余時間說成是“鐘慢”,即時間倒流。也就是說,一個飛行器在作光速運動時,需要10 s走完的一段路程,而在超光速飛行時,則僅用了8 s的時間就走完了這段路程,8 s到10 s時間之差是2 s,這2 s就是超光速飛行相對于光速飛行走完這段路程的剩余時間。不論10 s也好,8 s也罷,時間永遠是一秒一秒地過去,不會1 s變成0.8 s,不能因為速度的變化錯誤地認為是時間的變化,把因速度變化時產生的剩余時間說成是“鐘慢”或者時間倒流。由于誤認為時間可以倒流或變慢,雙生子在不同的坐標系運動而出現代差問題的所謂“雙生子佯謬”也就出現了。實際上宇宙的時間是統一的,“雙生子代差”問題是不可能出現的。

愛因斯坦在經過狹義相對論充分的理論準備后,進而提出了廣義相對論,并認為時空是彎曲的,而且引力也要彎曲。一些科學家由此認為穿越彎曲的時空時可以通過“蟲洞”走捷徑。愛因斯坦關于時空的一系列假說盡管不斷地面臨著挑戰,但也基本上為現代科學界所接受,顯然霍金也是接受這一假說的,并且寫入了他的《時間簡史》中。

現在我們來分析,如果時空彎曲,那么時空中的物質就應該都要隨著彎曲的時空進行彎曲運動,物質彎曲運動的結果是作圓周運動,最后會由于一個時空區的引力作用,使整個宇宙空間都形成黑洞效應,而這顯然不符合實際情況,也是一個悖論。

為了不使整個宇宙空間形成黑洞效應,愛因斯坦又假設引力可以彎曲。問題在于如果引力真的可以彎曲,就會使現在宇宙空間中的物質因為引力彎曲改變自旋方向。而且如果引力彎曲,地球上的所有生物或植物就都只能匍匐在地殼表面上了,地球上的生物就都是爬行動物,植物就都是貼地面的藤蔓植物,當然人類也只能做爬行運動,而不能直立行走了。引力彎曲還會使物質的引力消失,因為在這種情況下,粒子的引力只能在粒子體內部形成彎曲作用,引力線不能向外延伸同其他粒子發生作用。這樣,粒子之間合成為物質時就減少了一種合成力。那么宇宙的運動就不會形成現實中的單元區空間、銀河系和太陽系。作為這之中的行星地球也就不會存在,當然更不會有其上的生物和植物了。從這個意義上看,愛因斯坦所提出的這個廣義相對論理論似乎又成了一個否定自身存在的悖論。

為了說明上述判斷,我們可以設想,在粒子進行合成的過程中,信息態能量將起主要作用。這是因為信息態能量的光色隨向性,會使得粒子自身帶有的信息態能量成為與其他粒子合成為物質體的先決能量。其次,由兩個單奇子合成的貝粒子流會在粒子之間形成引力,這種引力存在于相同性質的物質體之間,形成相互引動作用。所以信息態能量是粒子合成的主作用力,引力是粒子合成的輔作用力,二者缺一不可。同時我們可以設想,物質粒子形成自旋運動,其原因是合成粒子的單奇子在互變時,按照一定的方向互變,出現了位置移動,形成了物質粒子自旋的動因。如果引力彎曲了,那么原有的貝粒子流的直線運動變成了繞核運動,在大質量體粒子與小質量體粒子相互產生引力作用時,就會使貝粒子流之間的循環方向產生迭加現象,這樣原本直線運動的貝粒子流,會在大、小質量體粒子之間形成循環拉動而融合成“8”字形貝粒子流,這時小質量體的粒子就會在這樣不正常的引力拉動下出現受力差而導致改變原來的自旋方向。

由此可見,時空彎曲、引力彎曲的理論從本質上完全改變了整個宇宙的自然運動規律,把只能適用于曲線運動和直線運動中時間和速度的相對關系的“蟲洞效應”作為時間和空間一體化后的宇宙運動“走捷徑”的手段,這就難免要掛一漏萬,有不能自圓其說之嫌。

那么我們應該怎樣認識現實的空間呢?在物質態空間,時間與空間確實存在緊密的聯系,因為時間是物質運動的度量值,就這個意義上來講,可以認為時空緊密聯系不可分割,然而就此認為時間是物質的一個維度,而且是三維物質之外的更高維度(第四維),那就意味著時間包含了物質形態,而這顯然是不對的。筆者認為,空間維度實際上是一種形態界面的表示,這樣的界面形態由有形態(三維固態物質)和無形態(包括四維液態物質等)所構成。時間并不表示形態界面,它是緊密伴隨著物質運動的一個度量值,是一種增量態,或者可以認為增量態的時間是一種膨脹的形態,是隨物質空間的運動而膨脹的形態,既沒有像物質那樣有長短的區別,也不可能倒流,只是一個恒定狀態的度量值。因此,把時間硬塞入空間維度的范疇,在學理上和感知上都難以使人信服。在狹義相對論中,正是由于把時間視為和空間一樣本質可變,才導致了在其一系列論斷中一個又一個悖論的出現。

綜上所述,準確的空間(物質態空間)定義應該是：能夠容納物質的地方稱為空間(物質態空間)。空間是運動著的,但空間只能以直線(或徑向)的趨勢,作膨脹或收縮運動。

3 時光機的作用

由于物質運動的根本屬性,物質態的地球、太陽系乃至宇宙的演變過程必然遵循其內在的基本規律,因此其未來狀態理論上應該是可以大致確定的。但即便是這種可以大致確定的純粹物質范疇的“未來狀態”也絕至于地球人外,更主要地致的一切后法確定更不創造的。對憧憬和規劃,的“尚未存到達”都需要”目的地確實來”的說法都的“時光機”隙去探究未然,也不可能金所謂的對,乘坐時光機乘坐時光機像,但是絕不因為,隨時間倒流的形式運動,從而讓我們人類返回過去的真實社會。也就是說,任何企圖使人類超越歷史到未來社會或倒轉歷史到達過去的社會的想法都是完全違背自然規律的。如果把通過宇宙飛船追趕過去歷史的信息影像,說成是人類可以返回歷史的過去,則完全是一種由錯誤認識導致的概念混淆。

實際上,地球上的人們可以直接看到(視維到)的人類活動、物質運動和事情的變化過程,都是單奇子在10-15s的周期內互變時產生的影像,我們以此為事物初始時間信息影像。正常情況下,可以把10-15s至1 s的時間內的影像形成過程,作為事物影像由初始到光子運動達到均衡狀態的信息影像。也就是說,人們通過直接視維可以看到的一切,是由光子反射形成了可直接視維的形態,而光子反射所形成的影像的運動速度等于光子運動達到均態時的速度。我們把這種以光速運動的影像稱之為光速影像。

可見,光速影像每10-15s由影像形成區發送出一次,并且是連續發送的。我們把單奇子在10-15s的周期內互變所形成的初始影像稱為：真實影像。在真實影像形成后1 s時,人們可以看到的影像應是真實影像后的影像,而人們在2 s時看到的影像,則是1 s時后的影像。如果要在2 s的時候看到1 s以前的影像,就要通過一定的位移速度來實現。這個位移速度要大于影像本身的運動速度2～3倍,稱為超影像運動光速速度(2 c或3 c速度)。只有這種速度才能達到光速影像的連續位移速度,在兩種速度的匯合區,并實現位移等速度時,就可以直接看到過去的時間影像。

那么,要怎樣才能追趕上已經過去了的歷史信息影像呢?這就必須要有能夠超越已經過去了的事物初始時間信息影像運動速度2～3倍,即能以2～3倍光速飛行的宇宙飛船,我們姑且就稱它為“時光機”吧!因此,只有乘坐“時光機”,才可能趕上信息影像的運動速度。也就是說,如果我們要想看到過去1小時的現實信息影像,那就要有一艘能以6×105～9×105km/s的速度飛行的“時光機”,才能在1小時的時間趕上1小時前運動著的信息影像。這是因為,信息影像在時光機運動1小時的時候,已經過去了的信息影像又運動了1小時,要追趕運動著的影像,必須要超越信息影像運動速度的2倍或3倍,才能追趕上運動著的影像。追趕上之后,還要減速到和信息影像運動速度相同的速度,只有這樣才能看到1小時以前的真實社會。但這個真實社會只是以信息形式存在的全息影像,而不是具有物質形式的真實社會。

時光機要追趕的這個全息影像又是什么呢?它是怎樣形成的呢?實際上這個全息影像是一個光子影像。是由光子在影像形成區,把不同形態的物質結構,按不同反射點反射出影像形成區的結構形態的影像。也就是說,所謂的全息影像,是一種從任何角度都能看得到,而且又能顯示空間位置的完全立體影像。這種影像看似實物,卻并非真正的實物存在,是一種名副其實的光子構成的虛幻影像。這樣一種影像可以稱之為：自然態光子影像,也就是一種可直接視維的影像。這樣一種可直接視維的影像,因為是由光子反射形成的影像,因此影像的運動速度是隨光子運動而運動的,所以這是一種光速影像。

這種光速影像形成機理是怎樣的呢?我們知道,光子帶有的信息為載體信息,其信息態能量的光色量和光色純度低,光子在同影像形成區的物質表面的分子、原子撞擊作用時,由于被撞物質表面的分子、原子的體積、質量大于光子,被撞物質表面的分子、原子的單奇子數和信息態能量的光色量多于光子,使光子中的光色信息態能量產生隨向性運動,從而失去部分與被撞物質表面分子、原子中相同光色的信息態能量,成為了單光色、少光色的光子。由多個同影像區的單光色、少光色光子同時反射,就會構成有光色(顏色)的結構形態影像。這種因光子失去部分光色信息態能量,形成的單光色、少光色的光子反射影像,就是可直接視維(看到)的光色影像。由于這種影像為光子的單光色、少光色信息影像,所以也可以把這種光子信息影像稱之為：載體信息單光色、少光色影像。實際上人們眼睛所能看到的各種事物,都是視網膜捕捉到反射進去的單光色、少光色影像的光子所致。

接下來的問題就是,到底能不能制造出超過光速2～3倍的“時光機”,制造出超光速運動“時光機”對于物質運動不能超過光速的理論來說是不是一種悖論?

4 超光速運動

物質運動的極限速度是光速 c,這已是人們的一個科學常識。光的速度是近似于每秒三十萬公里(299796 km/s),那么光的速度為什么只能達到此速度,而且恒定不變呢?這就需要我們了解光運動的微觀機理。我們設想,光速不變的原因,是因為合成光子的全部單奇子會以一種特殊的形式進行互變,也就是說如果合成光子的全部單奇子,在單奇子互變時間內形成同一時間統一互變的運動方式,就會使得光子只能在統一互變中,保持一種速度運動,即以光速 c運動。或許在自然界中,所有由單奇子合成的粒子中,可以進行統一互變的只有光子。單奇子進行統一互變的光子其速度不變,是因為在統一互變、單奇子統一變成信息態時,所形成的信息態能量全部作用在隨之而后統一互變為物質態的單奇子之上,全部的信息態效應能量作用在全部物質粒子上,由于每一次互變成信息態時所產生的效應能量是恒定不變的,因此由此能量所導致的物質粒子的運動速度,就只能是以一個不變的速度運動,而這個速度就是光速 c。

光速恒定不變,甚至不為光源的運動所影響,原因在于：當單奇子進行統一互變時,會在(10-15/2)s內同時使光子變成非物質的信息態(即波態光子),而這時候原先由運動中的光源所加在物質光子(粒子態光子)上面的初速度瞬時變成失去了所作用的物質對象(粒子態光子),當波態光子再重新統一互變成粒子態光子時,作用于其上的只是信息態效應能量,而這個效應能量給予粒子態光子的速度就只能是 c。所以無論光源的速度多快,光子離開光源時的一瞬間,會立即形成一個化解掉加在光子之上的初速度的信息態(波態)隔離區,也就是說人們能夠測到的光子,一定是始于一個初始速度等于零,甚至可以理解為時間等于零的信息空間之中(當然,這樣的理解無非是做一個極端的想象),所以在實測光子的運動速度時,光源給予的初速度完全被單奇子統一互變時所形成的信息態“屏蔽”掉了。而且,即便光源以光速 c進行運動,當第一個光子粒子離開光源才二千萬億分之一秒時就變成信息態了,那么在這個時間內,光源頂多也只運動了150 nm,所以在測量光子的運動速度時,在粒子態光子離開光源后到變成波態光子的一剎那間,對于任何速度遠遠小于光速 c的光源來講都可以近似于看作是靜止不動的,等到波態的光子再重新變成粒子態的光子時,這時光源的運動狀態已經和光子的運動毫無關系了。可見,光速恒定不變,完全緣于光子在運動中,構成光子的單奇子具有統一互變的特殊運動機理。

實際上,如果光子粒子接收了外源信息,使之完全變成信息粒子的話,那么它的運動速度就會遠遠超過光速 c,達到3719c[1]。所以當光子的全部單奇子統一互變成信息態單奇子粒子時,那一剎那的運動速度就不再只是 c了,而是3719c;當信息態單奇子粒子又互變成物質態單奇子時,會使信息態粒子以3719c的速度運動這樣的巨大能量轉化為驅使物質態粒子運動的能量,而以這樣的能量作用于物質態粒子時,我們從實測可知,在這種情況下物質粒子的運動速度最多只能達到光速 c,或者說只能恒定達到光速 c。所以我們可以理解為,任何一種物質 m,使該 m在某一時間內全部轉化為信息態時所形成的效應能量,都最多只能使物質 m在同一時間內以光速c的速度運動。

那么我們做一個假設,如果在光子統一互變為物質態粒子的一剎那,我們外加一個同樣的信息能量作用于光子上,也就是說這時的物質態粒子除受自己互變成信息粒子時產生的效應能量作用外,還額外加上一個大小相同的信息態能量作用于它,那么結果會怎樣?顯然,這個光子粒子的運動速度勢必會超過光速 c。也就是說,物質并不是只能按光速 c的速度運動,關鍵在于作用于其上的能量,如果一種物質受到額外的運動速度超過光速的信息態能量作用,其運動速度就必然會突破光速c,給出這個速度的能量由于是單奇子在互變中接受了外源信息而產生突變,完全變成信息粒子時所帶來的一種效應現象,所以我們稱之為效應能量。

現在我們有必要來討論一下愛因斯坦提出的質能公式與效應能量的關系。我們知道,愛因斯坦在狹義相對論中,基于時空一體的假說,借助閔可夫斯基空間的數學工具,經過嚴密的數學推導得出了以下公式：

式中,第一項 mc2是靜能,即物質 m全部轉化為能量時的表達式,mv2/2是動能,這在傳統的牛頓力學中已揭示。如果把 mv2/2忽略不計,那么公式可以簡約為我們熟悉的

式中,其單位量綱是焦耳,是功的單位。可以把公式看成是

式中,2.99×105km/s2是光速加速度,因此 m·(2.99×105km/s2)是質量 m的物質以光速加速度運動時所產生的力,它的單位量綱是牛頓(N),所以 E的物理意義就是,以 m·(2.99×105km/s2)(N)的力運動了2.99×105km距離所做的功,單位量綱為焦耳(J)。

不過引入了光速加速度以后,我們要理解 E=mc2的物理意義就出現了問題,因為推導出 E=mc2的數學邊界條件是 c不變,為恒定值。也就是說物質 m(光子)的速度恒為 c。一旦出現了光速加速度,則意味著光子在運動開始的瞬間其速度必然要經過小于 c的值,然后才達到c,這就違背了光速不變的原則。如果假設把光速定義為其極限速度恒定為 c,那么在這種情況下,光速從零到c的第一秒內可能存在光速加速度。可是當光子在第一秒鐘后繼續以光速加速度運動時,則從第二秒開始光子的運動速度必然超過 c,這也違背了光的極限速度為 c的原則。反之,如果說光子的速度從零到 c無需時間,即速度 c是光子與生俱來的固有屬性,光子出現的同時其速度即為 c,那么,沒有了時間變化率因素,加速度的概念又從何談起?總之,無論從什么角度來看,都難以理解 E=mc2的物理意義。筆者把這種情況稱之為“光速加速度悖論”。其實如果質能公式表述為 E=mc,也就是改為質量為 m的物質以光速運動的動量,以kg·m/s作為它的單位量綱,其物理意義就更容易被理解,然而按時空一體的假設卻推導不出 E=mc來。

既然按照時空一體的假設只能推導出的是 E=mc2,那么就應對該公式的物理意義有一個合理的解釋,即當一個光子從初始運動速度為零,在瞬間達到光速 c后,在一秒鐘內就運動了2.99×105km的距離,所以這個運動中的光子做的功為 E。這樣的解釋只能在光子的極限速度為 c,且在光子運動的速度達到光速 c時是沒有問題的,不過在達到光速 c之前后,都必然出現前面所說的“光速加速度悖論”。

在研究質能公式時,目的是要了解某一物質 m所具有的總能量,或者說假設把某一物質 m全部分解成光子時,它所具有的總能量是多少?這個總能量應該是物質 m按光速加速度運動所做的功呢?還是應該為物質 m以光速運動時的動量呢?如果說應該是做功,那么“光速加速度悖論”無法逾越,如果是動量,則按光速不變的原則,雖然一切都順理成章,但卻缺乏學理根據,無法導出。說到這里我們只能說,時空一體的假設并非天衣無縫,無懈可擊,而沒有時空一體的假設,愛因斯坦就推導不出 E=mc2。

然而不管怎樣,E=mc2已為人們耳熟能詳,物質m的總能量這樣一種局限于光速c運動的總能量往往只有階段性意義,我們更應該感興趣的是以信息態能量速度運動的效應能量。因此把兩種可能的物質總能量作出某種區分：

假如在 E=mc2中把能量定義為 EA,而在 E=mc中把能量定義為EL,則：

有了以上甄別后,就能夠給出效應能量 En的計算公式。筆者在“自然容介態”一文中基于 EA提出

這里的 E為EA,為絕對標識。

在以上公式中,表示了效應能量 En絕對與物質能量 EA,以光速為標準的速度倍率 c2和能量釋放倍率時間 t2有關系。t2表示了信息態能量速度同光能量速度(c)所對應的倍率時間。由于不管是信息態能量的運動速度,還是光的運動速度,都是以每一秒所運動的距離計算的,所以這個倍率也稱之為秒速度倍率。由于信息態能量速度是光速 c的3719倍,所以信息態能量也應該是物質態能量的3719倍。

如果把c2·t2表示為計算公式中的相應倍率系數,則我們可以設定計算 En的時間速度倍率為 Lv=3719,計算 En的能量倍率為 Ln=3719c,則：

或者

由以上論述可知,并不是物質的最大速度真的只能以光速為自己的運動極限速度,而是物質本身的能量只能使物質運動速度達到光速c。所以c并不是物質的最大速度,而只是物質的能量不能使物質速度大于 c。要使物質的速度大于 c,就必須有足夠的信息態效應能量。這就是說,如果我們的時光機有足夠的信息態效應能量En,那么要以超過光速2～3倍的速度截獲并看到過去了的全息影像是可能的。

5 結束語

2010年9月媒體報道,斯蒂芬·霍金在其與人合寫的新書《偉大的設計》中提出了宇宙的誕生不需要上帝的觀點[8]。盡管霍金禍從口出,引來了世界宗教界的不滿,但筆者認為霍金的這個觀點倒是更容易使人信服,雖然這與幾個月前同樣是他提出的,乘坐時光機可以探究未來的觀點的本質是相悖的。可見霍金也在與時俱進。必須指出的是,愛因斯坦無疑是人類有史以來最偉大的科學巨匠之一,斯蒂芬·霍金的思想威力也早已為世人所知,他們在頂端科學領域的不懈追求和卓越建樹令人贊嘆!然而在探索宇宙科學的過程中,由于地球人類受既有認知水平、科技能力的局限,只能基于很多的假設,于是偉大如是者們的學說也就難免會出現一個接一個的悖論。這其實是正常的,也是必然的。畢竟,他們并非上帝,也沒有全能的上帝。對他們的理論提出一些疑惑或不同看法,并不會抹殺他們應有的光芒,更非對他們不敬。因為筆者堅信,質疑和辨析實乃人類最重要的天性之一,人類正是在這樣的一個個悖論被破解而去偽存真的過程中,增進了對宇宙科學的認識。鑒于此,筆者也冒昧提出本文的一些假說和觀點,以求拋磚引玉,為繁榮宇宙科學探索盡綿薄之力。正如霍金所說的那樣：“對于我們而言,這些答案也許有朝一日會變得和地球圍繞著太陽公轉那么顯而易見——或許也會變得和烏龜塔一樣荒謬,只有時間(不管其含義如何)才能裁決”[6]。

(2010年9月29日收到)

[1]林左鳴.自然容介態——以自然信息為基礎的進化機理假說[J].前沿科學,2010,2.

[2]新浪科技.霍金撰文探討如何建造時間機器[EB/OL].http：//tech.sina.com.cn/d/2010-05-05/07424146053.shtml.

[3]百度百科.佯謬[EB/OL].http：//baike.baidu.com/view/710122.htm,2010-9-28.

[4]伊薩克·牛頓.自然哲學之數學原理[M].王克迪,譯.陜西：陜西人民出版社,2001.

[5]高歌.宇宙演化總論[J].前沿科學,2009,(3)：4.

[6]史蒂芬·霍金.時間簡史[M].許明賢,吳忠超,譯.長沙：湖南科學技術出版社,2007.

[7]趙展岳.相對論導引[M].北京：清華大學出版社,2002.

[8]美聯社.霍金認為宇宙誕生沒上帝啥事[N].參考消息,2010-09-04.

(責任編輯：溫文)

What to See by the Time Machine of Hawking LIN Zuo-ming

Professor,Aviation Industry Corporation of China,Beijing 100022,China;Beihang University,Beijing 100083,China

Discovery can be made by studying the concept of time and space in the theory of Rong-jie state which is based on information,that time is a sort of measure for the movement from initiation to termination and is a spatial concept which is continuously incremental with the movement and cannot flow backwards.Substance space is in motion,moving for expansion or contraction only in a straight line(or radial direction);Time and space does not exist in one form.Time is not the higher one within the three-dimensional material space.Characteristics of unity and change about singulars in photons not only determines the speed of light,but also determines that the energy of matter can only make the movement of substance reach the speed of light.However,as particles in photon absorb information and completely turn into particles of information,its speed will be far more than the speed of light;the effect energy moving in the speed of information energy can make the movement of material faster the light speed.Conclusion：humans can not pass through time and space to reach the future or the past,but can catch the information images of passed things by flying beyond the speed of light.

time,space,information image,beyond of light speed,effect energy

10.3969/j.issn 0253-9608.2010.06.009