相对论|深层探索:为什么快子可以超光速?( 二 )


前边提到 , 超光速世界跟低光速世界是关于x=t对称的 , 所以上边提到的匪夷所思的物理结论 , 从对称性的角度看 , 是显然的 。
但这里最主要的 , 是关于物体运动快慢这个物理概念 。 绝大多数学习物理的人都没意识到 , 运动快慢并不是一个有物理学意义的东西 。 什么意思呢 , 你在时空中画一条曲线作为粒子的运动路径 , 你画得快也好 , 画得慢也好 , 物理事实都是一样的 , 都是在某一个时间点 , 粒子运动到了某个空间点 , 所以时空中 , 是没有运动快慢一说的 。 学习近代物理 , 忘记物体运动快慢这个概念 , 总是好的 , 只要关心物体在时空中如何运动 , 就不会有庄小哥匪夷所思的那种感觉了 。
3、“超光速引发时间倒流 , 违反因果律”
相比于前边2个理由 , 这个总算是有点靠谱了 。 这点需要分成2部分来分别考虑 。
1)很多人没有分清楚时间倒流跟时空倒流的区别 。 在牛顿的绝对时间体系中 , 这2点基本不需要区分 , 但到了狭义相对论的体系 , 这2点是有本质上的区别的 。
我现在回到我出生的那家医院 , 会对我的出生造成影响吗?显然不会(留个坑) 。 原因是连3岁小孩子都知道的 , 我只是回到了我出生的那个空间点 , 并没有回到我出生的时间点 , 自然不会对我的出生造成影响 , 更何况 , 只要换个参照系 , 我甚至连空间点都没回去 。
同样的道理 , 在超光速的世界里 , 虽然回到过去的时间是容易的(不需要复杂的物理说明 , 从数学对称的角度就能看出 , 这个结论是明显的 , 因为超光速的时间类似于低光速的空间 , 超光速的空间类似于低光速的时间) , 但要想违反因果律 , 必须回到过去的时间+空间才可以 , 这是2个变量 , 只回到过去的时间没用的 。
上边的讨论只针对二维时空 , 在二维时空中 , 超光速世界的空间方向是不能反转的 , 所以维持了因果律 。
2)更高级一些的理由 , 是说在四维时空中 , 三个空间维度是可以通过旋转变换来变换方向的 , 这样 , 超光速的情况下 , 时间跟空间的方向都可以反转 , 这样也就违反因果律了 。
解决这个疑问有2套方案 , 假设低光速的时间是t , 空间是x、y、z 。
a、第一套方案是把空间的某一个维度作为快子的时间维度 , 原本的时间维度跟剩余的2个空间维度组成快子新的空间维度 。 如此 , 只要有一个维度的坐标不能反转 , 因果律就不会出任何问题 。 这套方案的问题是 , 如果时空是四维的 , 那么光速的不变性就无法保证了 。 但 , 我这里之所以把这套方案放在这里 , 是想着 , 四维是错误的物理理论 , 在高维时也许是行得通的 。
b、第二套方案是把三维空间整个作为快子的时间 , 如同慢世界里时间在不停地增长保证了因果律 , 快子世界的空间距离也在不停地增长(快子无法做圆周运动 , 只能做半径不断扩大的螺旋运动) , 这样快子世界的因果律问题也可以规避 。 这套方案也有个问题 , 空间距离没法变成负值 , 这点跟慢子世界的图像有些不一样 。 (但是概率都能变成复数 , 空间负值问题似乎也不是问题了)
不管如何 , 所谓的违反因果律 , 用数学语言来说 , 无非是一个物体在时空中的运动曲线出现了闭环或者说时空曲线出现了交叉点 。 这样 , 在交叉点所在的时空中 , 到底发生了什么物理事实 , 就说不清楚了 。 可 , 交叉点并不是超光速带来的 , 在纯粹低光速的世界里 , 我在数学上也可以画出交叉的时空曲线 , 但低光速的世界是如何规避时空曲线交叉的?
我说不清楚 , 但可以肯定的是 , 低光速世界既然可以避免时空曲线交叉 , 超光速世界又有什么原因不能避免呢?总之 , 因果律并不能作为否定超光速存在的理由 。
上边谈了市面上流行的几种否定超光速存在的理由 , 都不充分 。 从数学对称的角度 , 要想否定超光速的存在 , 只讨论超光速是没用的 , 必须证明超光速与低光速同时存在会导致物理上的矛盾才行 , 但现在看不到有说服力的论证 。
哲学上如何来认知时空 , 这超出了我的能力范围 , 但数学跟物理上 , 时空概念并不复杂 。 下边要讨论的一个问题是 , 如何判定一个时空区域 , 是已经发生了一些物理事实(从而不管我现在做什么 , 这个时空区域发生的事都不会改变了) , 还是还没发生物理事实?(从而 , 我理论上可以做一些事 , 来改变这个时空区域发生的事)
有个类比 , 时空就如同一张白色的画布 , 已经发生的事情是画布上已经做过的画 , 尚未发生的事情是画布上依然留白的地方 , 这部分后边会画上什么东西还处在不确定之中 。