相对论|深层探索:为什么快子可以超光速?


相对论|深层探索:为什么快子可以超光速?
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要谈超光速 , 必须谈相对论 。 要谈相对论 , 必上双曲图(光速c=1 , 双曲线的渐近线就是光路):
上图是变换参照系时 , 时空矢量的变化图 , 横轴表示时间 , 纵轴表示空间 。
考虑如下一个物理过程:以地面做参照系 , 我花1秒的时间走了1米 。
现在变换到我自身的参照系 , 时间与空间的变换方式在图中用蓝色矢量表示 。 明显 , 对于地面来说的1米 , 对于我是0米 , 而对于地面来说的1秒 , 对于我是小于1秒的 。
黄色矢量是光的变换 , 从地面参照系变换到我自身参照系 , 光的斜率保持不变 , 这对应的是光速的不变性 。
红色矢量就是快子的变换图了 。 对于地面来说沿着时间跟空间都往前走的一个快子 , 变换到我自身的参照系之后 , 变成了只沿空间运动 , 在时间中静止得了 。
这里可以很直观地看出 , 由于时空沿着双曲线进行变换 , 低光速物体是很难超过光速的 , 而超光速物体也很难低于光速 。 所以 , 倒不是快子为什么可以超光速 , 而是超光速的一类粒子统一称之为快子 。
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回到未来在物理上是容易实现的:时间取决于你运行路线的时空长度 , 要想回到未来 , 只要让这个长度尽量小就可以了(极限情况 , 以光速运动 , 长度为0) 。
本文要谈的是 , 在物理上 , 可以回到过去吗?
十几年前 , 当我在纸上画下双曲图的时候 , 我就发现一个几何上很明显的结果 , 那就是低光速的世界与超光速的世界 , 是关于x=t这条直线对称的 。 一个自然的结论 , 如果有人从物理上推导出超光速的世界不符合物理学 , 那把x=t视为一面镜子 , 我必定可以对称地推导出低光速的世界也是不符合物理学的 。 所以 , 市面上很多否定超光速的物理理论 , 我即便看不懂 , 从数学上也可以肯定里边是有问题的 , 下边将针对几种常见的理论详细说明下 。
1、“快子的质量是虚数 , 所以超光速粒子不存在” 。
先说句让人听了很不舒服的话 , 上边这个物理论断 , 让我怀疑物理学家的数学水平接近于白痴 。 为什么会有这种感觉?
我在地面上走1米 , 从物理上度量这个过程时 , 用终点减去起始点还是用起始点减去终点 , 有物理上的区别吗?区别无非是 , 数学上 , 一个正数 , 一个负数 , 但总不能说正数有物理意义 , 负数就没有物理意义吧?
在低光速的世界里 , 质量 , 能量 , 动量有如下一个关系式:
其中能量E大于动量P , 所以质量永远是正数 。
对于光速运动物体 , E=P , 质量为0 。
对于超光速运动物体 , 因为能量E小于动量P , 所以硬套公式的话 , 质量会变为虚数 , 上边那个物理论断即来源于此 。
但这个物理论断有2个问题:
1)是用能量动量来定义质量 , 还是用质量来定义能量动量 , 这里边是有很多说道的 , 硬套一个死的公式 , 而不明白背后的物理本源 , 这是推导不出有意义的物理结论的 。
2)实数 , 虚数 , 正数 , 负数 , 这些其实都是数学的事 , 跟物理有什么关系?就像前边说的 , 用终点减去起点跟用起点减去终点 , 只有数学上的区别 , 物理上没有任何妨碍 。 即便采用从能量 , 动量出发来定义质量的方式 , 那为什么不用动量减去能量 , 非要用能量减去动量呢?有点数学常识的话 , 很容易知道 , 怎么定义都无所谓 , 数学上都是等价的 。 但这样一来 , 超光速的质量变成了实数 , 低光速的质量变成了虚数 , 总不能因为这个就判定低光速世界不存在吧?包括爱因斯坦在内 , 很多物理学家都搞不清楚数学跟物理学的界限 , 爱因斯坦当年曾经轰动世界的动质量跟质能方程 , 纯粹就一小学生的数学游戏 , 没有半点物理学的意义 。
2、“快子奇怪的物理特性”
“在“慢宇宙”中静止的物体能量为零 , 一旦它获得能量 , 便会运动得越来越快 , 能量无限大时就能以光速运动 。 但在“快宇宙”中 , 如果物体的能量为零 , 它是以无限大速度运动的 , 一旦被赋予能量就会慢下来 , 能量无限大的时候将降低到光速 。 这实在是相当匪夷所思 。 ”