自然探索之科学启示备忘录光速

相对理论中有一个基础性问题是有争议的，这就是光速不变原理，这影响着其理论本身的完善和发展。阴阳相冲而化万物，但光不明而速不达，无理。

光速不变原理的思想来源于三个结论，第一是菲佐实验，得到光速为常数，并与所用惯性参考系无关的结论；第二是麦克斯韦方程组，推导出电磁波速度为真空常数，其结果只与真空磁导率、真空电容率有关，与电磁波发射源无关，而光被看作是电磁波——数学模型的理论结论似乎比实验结论更有力量；第三是迈克尔逊-莫雷实验，动摇了以太存在论，得出光速各向同性的结论。洛仑兹通过研究迈克尔逊-莫雷实验，为了向实验结论靠拢，其建立了坐标系变换的数学模型，这就是洛伦兹变换。但是到了上世纪四十年代对大爆炸理论的研究预测及六十年代微波背景即微熵的发现，无论如何，这之前通过实验得到的光子运动的所谓速度常数和各向同性的性质显然至今也无法得到一个令人信服的实质性的成因机制的解答，这是违背因果律的。

那么，光子的运动为什么与产生光子的发射源运动状态无关？而又为什么表现出各向同性？这里假设两个可能原因，第一，其运动状态与光源状态无关，可能是净空中的实际速度远远大于或远远小于我们现在所得到的真空光速数值；第二，脱离光源之后表现出各向同性，这显然是遇到了同样是各向同性的真空环境而导致的结果。这个空间环境是什么呢？就是也只能是宇宙暴涨期结束，光子相变后遍布宇宙各向同性的微熵，即废墟。

那么，光子在真空中运动，与微熵发生了怎样的交互或磨合过程才导致其速度与净空中有差异？有一个常识我们需要了解，光子具有自加速的内在秉性。通过实验或日常观察我们知道，光在介质中运动，其速度因为能量的交换过程而降低，这个现象显然是一种阻碍过程。那么据此，光子在微熵环境中的运动很可能被阻碍而减速，同时光子的能量场对微熵的温度有所扰动，这就是局部空间造成微熵温度涨落、各向异性的主要原因。而这种温度涨落及各向异性改变了微熵的能量分布密度，继而使得光子的速度有细微的差异。

现在可以得到一个思想性结论，光在脱离光源之后因为与微熵环境的作用而被减速，减速的过程造成了光子的各向同性的运动性质，即其运动状态与光源的运动状态无关、与任意惯性系的运动状态无关。这是光子运动的可能性特征之一。

在红移论中，不管是多普勒红移、引力红移还是宇宙学红移，其测量结果都来源于光子的运动。而根据麦克斯韦方程组的推导结论，光子已经与发射它的光源没有任何运动学上的联系了。所以，红移所反应出的宇宙学信息不应再作为天体的运动学结论来使用。所谓红移，只能是光子自身作为光源的一种运动学信息的反应。也就是说，光子可能在减速，也可能在加速，这与微熵在宇宙中局部空间的各向异性及分布密度差异有关。光子的减速或加速，就可以造成蓝移或红移现象。所以，哈勃常数很可能是个误会，继而可以推测，凡是在微熵环境中所测量的与光速有关的常数都将是个误会。

根据以上思想结论，我们可以总结出波粒二象性的本质内涵。就我们的物质宇宙，一切物质存在的本质仍然是粒子而不是波，波动现象是粒子高速运动的能量场在环境中的扰动结果。我们可以假设，一个不运动的光子——或者说相对于我们不运动的光子——捧在手中，它仍然是粒子，这时它的波动性就无从体现——这是物质波理论的思想来源。只有在光子运动的时候和微熵发生互扰作用——或者说微熵与光子的能量场相干——波动性才被体现出来。物质波理论告诉我们，所有的物体理论上都具备波粒二象性，但实际上这必然存在一个速度界限。一个运动物体，其速度要达到其能量场可以对运动环境中的介质有所扰动，才能引发波动现象。一片树叶和一个石子扔进水面，引发的波动效果是不一样的，树叶跌落的能量很可能无法造成水面扰动。而宏观物体和微观粒子，前者能够存在的速度极限也只能表现出机械能量场，充其量也就可以引发机械波动性，后者的能量场无法引发机械波动，但是其速度优势导致其能量场可以扰动空间介质而引发波动性。比如光线、高速电子流运动扰动微熵从而产生波动性。一个光子或一个电子，其运动能量场未必能够搅扰微熵引发波动性，也就只能表现其粒子性——它本来就是一颗粒子。声波现象是一个典型的宏观和微观共同作用的波动实例。物体内部的微观粒子群集体振动，其能量场搅扰了空气，所以能量开始在空气中传播。一个粒子甚至数个粒子无论搞多大动静，它们振动的能量场也不足以具备扰动空气传播其能量的程度。

在爱因斯坦《论动体的电动力学》论文中，有几句话嘱托给了光速，其中一句是，“对于大于光速的速度，我们的讨论就变得毫无意义了；在以后的讨论中，我们会发现，光速在我们的物理理论中扮演着无限大速度的角色”。那么，光子将具有两种速度可能，第一，在净空中，光速本就是无限大——我的疑惑是，忽略或清除宇宙射线及高速粒子的干扰影响，在真空中测量磁导率、电容率能得到光速的定值，但如果在净空中测量也能得到这个值吗？只要磁导率、电容率测量值中有一个为零，则光速为无限大；第二，在净空中，光子脱离光源后具有无限加速行为，遇到介质则具有无限减速行为——遇到不透明的物体，则速度为零，除了反射一部分，其余能量最终以黑体辐射形式在物体表面耗散。对于其具体数值——如果有的话——应在屏蔽并消除微熵环境中重新测量光速及磁导率、电容率。但是需要再次强调，因为微熵环境在宇宙局部的各向异性会造成光子的变速现象，同样的，在太阳系内、太阳系外以及银河系外的其它空域，其测量值未必具有相同的物理实用性。

我们对事物本质的理解总是在认识的积累中获得进一步的提升。比如光的本质，二十世纪之前，光是粒子或波；二十世纪，光即是粒子也是波；到了二十一世纪，光可以是粒子也可以是波。那么，光的本质究竟是怎样的？我们知道，光子是一个能量体，这个能量体在运动或互动中是可以衰变或损耗的。也就是说，光子总有一刻会耗散殆尽相变成为微熵。既然如此，为了更进一步认识光子，我们需要假定光子具有一定的空间结构，这个结构可以将能量继续量化剥离并最终耗散掉。比如洋葱，比如花朵。试想，一个含苞未放的光骨朵从光源释放出来，倏忽穿梭于真空的微熵之中，本欲奋力加速向前却始终碍于微熵的阻滞无法绽放。这个光骨朵幽闭前行，花瓣虽然不能一一绽开，但为了尽可能保持高速行进，无奈花瓣被微熵慢慢地一层一层的剥离直至能量耗尽湮没于宇宙之中，犹如一颗烟花一般，散落一线五彩斑斓。整个宇宙弥漫微熵，难道光子就永远不能绽放吗？有，或者只能说有过。在宇宙暴涨之初光子主导的膨胀期，大量的光子拥有过一次极其烂漫、无所阻挡的绽放时光。光骨朵们前赴后继的在净空之中高速且加速向前，趋离黑暗、撑开宇宙，绽开的花瓣零落于后、纷纷娆娆飞去一宇的彩虹，直至花蕊裸出也不惜向前，终于耗尽能量粉身碎骨相变成为微熵。

电磁波和光子在本质上是有区别的，把速度相同作为二者概念合一的证据显然太牵强了。在微熵之中，变化的电场和磁场形成的电磁波是客体波可以是量化粒子，而光子则恰恰相反，是客体粒子却是量化波；电磁波是传播的同时在震荡，而光子是运动的同时在振动；电磁波的能量来源于发射源，而光子就是一个能量体。但有一点可以确定，光子可以通过黑体辐射转化为电磁波，所以，通过麦克斯韦方程组推导出电磁波的速度表达式，其机制便在于此。但是，在净空之中，电磁波还能传播吗？

在任何理想均匀介质中，光子具有恒定速度。而恒定的速度也必然会剥夺光子的其它特性，比如空间结构萎缩、能量降低等。在净空之中，没有介质的阻碍作用，光子处于无限加速的状态，这也同样是一个损耗的过程，换来的是宇宙的空间域扩展，即宇宙能量场的膨胀。

光子是宇宙之中极其特殊且独立的存在。不管光子诞生于哪里，从出世的那一刻起，它就是一个特立独行的微型天体，撑起宇宙、独当一面。

对于人类文明而言，光子还将大有作为。

（未完待续，下一篇《反物质》）

[原创内容，未经允许不得转载]