2.1:雙生子佯謬悖論
狹義相對論很難解釋所謂的雙生子佯謬,該佯謬說的是:
有一對孿生兄弟,哥在宇宙飛船上以接近光速的速度做宇宙航行,根據相對論效應,高速運動的時鍾變慢,等哥哥回來,弟弟已經變得很老了,因為地球上已經經曆了幾十年。
而按照相對性原理,飛船相對於地球高速運動,地球相對於飛船也高速運動,弟弟看哥哥變年輕了,哥哥看弟弟也應該年輕了。這個問題簡直沒法回答。
然而,相對論的解釋是:狹義相對論隻處理勻速直線運動,而哥哥要回來必須經過一個變速運動過程,這涉及到廣義相對論。
其實,應用《時空哲學》來解釋這個悖論很簡單,如果孿生兄弟的哥在20歲時出發離開地球,無論他以多大的速度(或接近光速、或超過光速)作宇宙航行,在弟50歲時又回到了地球。
從圖中可以解釋為:
(1)哥在弟50歲時回到地球,此時,哥的年齡也應該是50歲(公時)。
(2)哥回來的時候,弟弟已經變老,可能會出現哥比較年輕現象,那隻是因為運動(動時)的緣故。
(3)高速運動時鍾(動時)變慢,隻是意識中相對時間,而絕不是標準時間(公時)。
2.2:時空旅行悖論
廣義相對論表明,時空可以不是平坦的,而是彎曲的,從而判定足夠的質量能夠改變和扭曲時空。
數學家法蘭克·提普勒據此設想了把時空卷起來的時間旅行方法。他認為,如果太空中的一個巨大物體以一半光速旋轉,時空便會扭曲折回。因此,隻要將來有人製造一個巨大的圓筒,它的長約為直徑的10倍,然後使圓筒以15萬千米/秒的速度旋轉,便會使圓筒中央附近產生一個扭曲折回的時空。
要將這圓筒當時間機器使用,宇宙飛船一定要開到圓筒的中心沿圓筒內壁盤旋飛行:逆圓筒旋轉的方向航行是駛入過去,順圓筒旋轉的方向航行是駛入未來。
受其影響,在1895年,H。G。Wells就出版了科幻小說《時間機器》,想象利用“時間機器”在未來世界(公元802701年)旅行的經曆。這種旅行後來通常被稱為“時間旅行”,既可以前往未來,也可以回到過去。
在我們的常識中,因果律是天經地義的:任何事情有因才會有果,原因隻能發生在前,結果必然產生於後。
按照相對論的解釋,一個人如果高速運動著,時間對他來說就會變慢。如果他的運動速度趨近於光速,時間對他來說就會趨近於停滯——以光速運行就可以永生。
假如運動的速度超過光速,按照相對論的推理表明,時間就會倒轉,人就能夠回到過去。
但是一旦人可以回到過去,因果律就要受到嚴峻挑戰——人如果能夠回到過去,則他已知未來之果,假如他對這個結果不滿意,他能不能去改變當日之因?換句話說,他可不可以重寫曆史?
時空旅行悖論這樣產生:一個人以超光速運動,那麼,他將會回到過去,如果他將其母親在他出生之前殺死,那麼,他的母親就不會生下他,也就是沒有現在的他。這樣的悖論將如何解釋?而在相對論中,其解釋這是不可能的,因為光速最大,不會出現超過光速的運動。
但是,如果我們應用《時空哲學》體係解釋這個悖論就顯得非常之簡單。如下麵的時空拓撲圖所示:
有一事物,其發展時空線為OT,一運動AP以大於光速的速度從時空點A(時間t4)處出發,分別經過時空點B、C、D、E後,到達時空點P處。
對於時空點B來講:所處的時間(公時)為t5,而事物處於t3處的物體的光經過時間間隔t 34後正好也到達B處。這就是說,處於B處的人所觀察到的是該事物處於t3處的物體的光。
同樣,處於C處的人所觀察到的是該事物處於t2處的物體的光;……;處於E處的人所觀察到的是事物處於t0處的物體的光。
這就意味著:大於光速的運動AP,從A點出發,在經過B、C、D、E的過程中,所觀察到的是該事物正好出現從時間t4依次退到時間t0,即所謂的回到過去、因果倒置、時間倒退現象。
因此,時空旅行並非回到過去,而隻能是看到過去。相對論的結論顯示看到的是視空世界,並不是時空宇宙。
2.3:蟲洞悖論
“人們也許可以把時空卷曲起來,使得A和B之間有一近路。在A和B之間創造一個蟲洞就是一個法子。顧名思義,蟲洞就是一個時空細管,它能把兩個幾乎平坦的相隔遙遠的區域連接起來。……時空不同區域之間的蟲洞的思想並非科學幻想作家的發明,它的起源是非常令人尊敬的。1935年愛因斯坦和納珍·羅森寫了一篇論文。在該論文中他們指出廣義相對論允許他們稱為‘橋’,而現在稱為蟲洞的東西。”
“蟲洞”簡單的解釋就是宇宙中的“隧道”,它能扭曲空間,可以讓原本相隔億萬公裏的地方近在咫尺。
1988年,美國加州工學院的桑恩等人,對蟲洞作了較為深入的研究後肯定,蟲洞的兩端皆可出入,並非像黑洞那樣是“單行道”。此外,旅行者在洞內僅受到一般的加速度。不像在黑洞中,若你的腳指向黑洞中心,那麼巨大的引力場,會在頭足之間構成極大的拉力差,足可把身首撕開。桑恩還提出了構造蟲洞的概念,當然是理論上的。他說,這涉及到對宏觀空間的挖破和扭曲。生活在二維空間(如紙麵)的智慧螞蟻,它想從紙麵上的一點走到另一點,按常規,隻有一種辦法,即沿著連接該兩點的直線走去,這也是兩點間的最短距離。但還有一種距離更短的走法:把紙對折成兩麵,使兩點靠得很近,再用一個紙筒(它提供了通過第三維的一條捷徑)將兩點接通,螞蟻可經紙筒而到達彼點。為此,螞蟻必須在紙麵上挖出兩個孔。在這一例中,紙筒十分類似於通過更高強空間的蟲洞。故欲構築蟲洞,必撕破空間。
“蟲洞兩個端點之間在幾乎平坦的背景裏的分離和通過蟲洞本身的距離之間沒必要有什麼關係。”如果宇宙之中的“蟲洞”確實存在的話,它還是避免不了“時間旅行”悖論,“這樣,它應包括被卷曲成允許旅行到過去的時空。那麼,為什麼我們並沒有受到曆史的騷擾?例如,假定有人回到過去,並把原子彈秘密提供給納粹?”
“如果我稱作時序防衛猜測成立的話,這些問題便可以避免。……相信時序防衛有效的原因是,當時空被卷曲得可以旅行到過去時,在時空中的閉圈上運動的虛粒子,在時間前進的方向以等於或者低於光速的速度運動時,就會變成實粒子……樣,時間旅行的可能性仍然未決。但是我不準備為之打賭,我的對手或許具有通曉未來的不公平的優勢。”
愛因斯坦提出了“蟲洞”的概念,但是,由於在“時間”上的人為性而沒有從根本上解決“蟲洞”問題,霍金試圖解釋“蟲洞”概念,但事實上,他也無法解決“黑洞”問題。
如果我們應用《時空哲學》體係解釋這個“蟲洞”問題就得出非常簡單之結論:時空宇宙之中不存在“蟲洞”。那麼,對於上麵的這些“蟲洞”概念其產生原因又是什麼呢?
事實上,“蟲洞”的概念是與“黑洞”的概念分不開的,由於傳統理論之中無法解釋清楚“黑洞”之概念,因此,也就無法解決“蟲洞”問題。
從霍金的解釋“在時空中的閉圈上運動的虛粒子,在時間前進的方向以等於或者低於光速的速度運動時,就會變成實粒子”中我們可以看出,霍金雖然無法解釋視空黑洞的概念,但是,從他將粒子分割成“虛粒子”與“實粒子”的意圖說明,霍金已經具有了“視空黑洞”的概念雛形,即虛、實粒子的區別在於運動速度以光速為標準。但是,令人遺憾的是霍金沿用了愛因斯坦相對論的結論,從而沒有從根本上、也無法從根本上解決“蟲洞”問題,導致自身舉步維艱。
3:剖析相對論
狹義相對論(原名:論動體的電動力學)已經誕生整整100周年了,它是號稱20世紀人類最偉大的科學理論。
然而,它自1905年誕生時起,不讚同的學術觀點和反對之聲從來就此起彼伏,尤其是在20世紀80年代,全球科學界“質疑、挑戰、否定、超越”相對論的學術研究工作再次掀起高潮。
當年,愛因斯坦曾說過:“不需要一百個人聯合簽名出書來反對相對論,隻要一個人反對的理由是正確的則足矣。”今天,當我們真正地麵對狹義相對論理論體係本身,剖析其理論中的薄弱環節與缺陷之處後,這個爭議了整整一百年的理論,將從此畫上一個圓滿的句號。