戴榕菁

前幾天在寫“光速不變其實並非一個簡單的假設”的英文版“Constant Light Speed in Vacuum was not a Mere Postulation”時想到一個有關光速的悖論，一直沒能得到很好的解釋，拿來與大家分享一下。

假設在太空中有兩束相距為L的具有一個寬度的平行光柱A和B（如圖1）,假設L=1c，其中c為真空中的光速，1表示1秒的時間長度以滿足量綱要求。有一個長度為L的真空箱以速度V=3c/5在與光線垂直的方向向兩束光柱運行（不要被L這個長度嚇著，在太空中這不算什麽，比物理學家戴森設想的戴森球的尺度小太多了）。真空箱的尾端有一小孔。假設當真空箱的前端碰到光柱B時向尾端的小孔發出一束激光。一秒鍾後激光到達小孔。由於光速在真空中不隨運動參照係而變，這束激光相對光柱A的速度也是c，因此一秒鍾之後，它也應該到達光柱A，但是此時小孔與光柱A之間的距離為V=3c/5 。

也就是說，那束激光同時到達相距將近二十萬公裏的兩個目標。這顯然是不可能的。應該如何解釋這個悖論？

圖1關於光速悖論的思想實驗示意圖

自古希臘的芝諾以來，思想實驗一直是人們用來製造悖論故事的有效的工具，而各種悖論故事又可以幫助人們發現人類邏輯的微妙之處或某些邏輯上的缺陷。本文提出這個悖論的目的不是為了否定狹義相對論的光速不變的條件。如我在“光速不變其實並非一個簡單的假設”一文中指出的，要想否認真空中光速不變的條件需要否定其它一係列的相關前提。我這裏隻不過是與大家分享一個我自己在寫文章時想到的至今還解釋不了的一個悖論而已。相信讀者中有很多相對論的專家可以一如既往地一眼就看出這個悖論的答案，歡迎來與大家分享。如果讀者中沒人解釋得了這個悖論，相信它也自然會升級到更廣的範圍去吸引更多的人來解釋。

文中的3/5是一個隨意選的數，隻是為了表明這個例子具有相對效應的尺度而已。如果有人需要運用洛倫茲變換的話，3/5這個數字運算起來比較方便，用洛倫茲變換開方出來正好是4/5。

順便提一下，我在“光速不變其實並非一個簡單的假設”一文及其英文版“Constant Light Speed in Vacuum was not a Mere Postulation”中都提到由於近些年發現真空中具有能量我們或許有必要驗證一下光線是否會與真空能量發生作用。無巧不巧，理論與實驗物理學家Hosenfelder在上個星期六的一則視頻（https://youtu.be/Bo4al7sNPkE）中提到了這個問題，她說從遙遠的星球射來的伽馬射線沒有出現如在介質中會發生的衍射現象這一點表明光線不會與真空能量發生作用（她的原話說光線在真空中不需要借助能量來運行）。

如果如她所說，來自遙遠星球的伽馬射線沒有表現出任何與介質發生作用的特征的話，我們似乎如她所說可以認定光線不會與真空能量發生作用。

但另一方麵，來自遙遠的星球的伽馬射線沒有表現出任何諸如衍射這樣的與介質發生作用的現象這一點在我聽來似乎也有點奇怪，因為在這途中它幾乎可以肯定會經過大量的布滿宇宙塵埃的區域，難道都不會對它發生任何影響嗎？如果果真如此，是否從另一方麵說明gamma射線沒有出現衍射現象隻能表明它的抗幹擾能力強？坦白說，在這方麵我是外行，既然專家Hosenfelder說了來自遠方的伽馬射線沒有衍射現象表明光線不會和真空能量發生作用，我們就先接受專家的意見吧。。。。。。