光的波動性導致能量不守恒及相對論的不足

戴榕菁

我的那篇被Royal Society的Board Member Professor Thomas Sotiriou稱為“隻是想法不是研究”[1]的題為“The Impact of Photon Wavelength Changes”的文章的最主要的理論意義是在當今世界物理學界所持有的兩個基本概念上指出了他們存在的邏輯缺陷：

1）能量守恒問題。

盡管“能量”一詞在西方文化中的應用可以追及到遠古，它在近代科學中的使用卻在本質上帶有“守恒”的意義，或者說，現代科學中的“能量”一詞按照定義就必須是守恒的，而這個守恒概念的數學基礎是Noether Theorem[2]。根據Noether Theorem，能量是一個時間不變量，因此是守恒的。

但是，後來人們發現宇宙膨脹導致的紅移使得能量不再守恒。於是科學家對此進行了解釋說這是因為宇宙膨脹使得在廣義相對論中能量不再是Noether係統中時間不變量，而這隻在宇宙整體的意義才成為一個問題，在日常生活中不存在這個問題。物理學家Sabine Hossenfelder在她2020年10月31日的視頻“What is Energy?”[3]中對此做了詳細討論。就是在看了那個視頻後我才開始對光子的頻率變化對能量守恒的影響進行形而上的分析的。

我的結論是：即便宇宙不膨脹，宇宙中的能量也不是完全守恒的，和廣義相對論沒有必然的關係，或者說不是由廣義相對論決定的，而且這種不守恒不但每時每刻都在我們的生活中及宇宙各處發生著，而且它的發生形式很詭異。

也就是說我的分析結果指出了當今世界的物理學界們沒有意識到的有關“能量”概念上一個基本的邏輯漏洞。盡管這個漏洞也許在已知的對物理學的應用中沒有太大的影響，但是既然這是一個邏輯上未解的漏洞，那麽它在哲學上就有特殊的意義。而且隻要有邏輯上的漏洞，誰也不敢肯定它就一定不會在應用中產生作用。很多曆史上的所謂數學悖論原本隻是被認為是腦力遊戲，但實際上後來都對現實生活具有一定的影響。

而且，我的分析並不是象Royal Society的那位Thomas Sotiriou教授用含糊不清的辭藻所描繪的那樣隻是“想法”，而是按照嚴格的邏輯進行形而上的分析得出的結論。其分析如下：

一） 由著名的普朗克公式E=hf（其中E是光子的能量，h是普朗克常數，f是光子的頻率）我們知道，當光子的頻率f增加（即波長減小）時，能量增加，而當光子的頻率減小（即波長增加）時，能量減小。而光子在發生紅移的時候頻率減小，藍移的時候頻率增加，因此紅移的時候光子的能量有損失，而藍移的時候能量有增加。

二）因為當一束光發出的時候，它既有可能打到一個離光源而去的物體，也可能打到一個趨近光源的物體，還可能打到一個靜止的物體，所以這一束光在打到物體時到底會因為紅移而能量減少（即接受者看到的光比原來更紅了），還是因為藍移而能量增加（即接受者看到的光比原來更藍了），還是能量不變（即保持原來的顏色）這一點隻有當打到一個具體的物體時才能決定。但是，那能量的改變卻是在運行過程中就產生了。這聽上去有點象那個薛定諤貓的故事，隻不過這裏不涉及任何量子效應。

三）由於在光束的傳播過程中（假定在真空中）沒有發生任何能量的交換，因此這過程中出現的能量變化完全不符合能量守恒原理，也就是說多出來的能量是憑空而來的，而減少的能量徹底消失不再存在。

四）因為宇宙中每時每刻都有大量的紅移和藍移發生，特別是，宇宙中所有的物體都無時不刻地在發射或接收著紅外輻射，因此上述的由相對紅移和藍移產生的能量不守恒的過程是無時不刻地在宇宙中，尤其是環境複雜的人類社會中發生著。

 

2）狹義相對論在推導中一個欠缺

我是在看了去年的諾貝爾物理學獎得主Roger Penrose有關他的保形循環宇宙學（Conformal cyclic cosmology）訪談[4]後對這個議題進行形而上的分析的。有關Roger Penrose的保形循環宇宙學（Conformal cyclic cosmology）的介紹文章很多，別人為之而專門拍的視頻也有，但我是在看了那個訪談之後才對之產生興趣的。

我的分析指出，彭羅斯的理論所依據的“光子不經曆時間”這個狹義相對論的著名直接推論是有缺陷的，而造成這個缺陷的原因是愛因斯坦及很多後人在推導狹義相對論時沒有把光子的波動性考慮進去。

很顯然，我的這個分析並不是象Royal Society的那位Thomas Sotiriou教授所說的那樣可以是隨隨便便就得出的“想法”，而是由嚴格的形而上的分析得出的結論。其分析如下：

一）宇宙膨脹導致光的波長增加，因此產生不同於上述的相對波長變化的絕對紅移，使得所有的光波在經曆了宇宙膨脹的時候都會發生能量損失。

二）由於愛因斯坦在推導狹義相對論是沒有考慮到光的波動性，因此狹義相對論無法反映出光的波動性隨時間的變化。但是，由於宇宙的膨脹所帶來的絕對紅移現象，光的波長是在不斷增大的，因此，人們根據狹義相對論所得出的所謂光子不經曆時間的說法就是有缺陷的。道理很簡單：如果一個光子的波長隨著時間的推移而必定要增加，你憑什麽認為它無法經曆時間？

三）基於上麵的二）我們有必要重新推導狹義相對論，並在推導過程中引入光的波動性。

。。。。。。

我在把“The Impact of Photon Wavelength Changes”投稿給Royal Society的時候想到的隻是我的那篇文章曝露出了當今的理論物理學界在基本概念上存在著的兩個邏輯漏洞。我沒想到的是這篇文章居然還意外地曝露出當今物理學界的一個更為嚴重的思維漏洞：那就是由於缺乏形而上學的思維能力所導致的閱讀理解力的衰退，一個享譽百年的科學和哲學權威雜誌居然說我的文章不是研究而隻是想法。

如果說我們對於我在“The Impact of Photon Wavelength Changes”一文中指出的邏輯漏洞在現實中會有什麽實際影響還不很清楚的話，該文所引發的Royal Society所暴露出的當今科學界的思維缺陷在人類文明中的負麵影響卻是明確無誤的：它正是由於科學界排斥形而上學所造成的過於依賴數學公式及實驗手段的經驗方法（empirical approach）導致的抽象形而上學思維能力的低下，和對這種形而上能力低下的現狀缺乏認識而產生的盲目的傲慢的表現。這種形而上能力的低下和盲目傲慢不但肯定會影響當今世界的前端物理學的發展，而且會如同專業哲學的衰敗一樣直接影響人類文明的方方麵麵而正將人類文明拖向悲危的未來。。。。。。

另外，如果每年花費萬億美金的堂堂的世界科學界在這麽久以來連一個非科學界人士不需要進行任何嚴肅的分析就能隨機蹦出的“想法”都不但從未發現過，而且當被告知後還理解不了，難道他們不應該以此為警訊，卻試圖要通過拒絕發表而掩蓋自己的低能嗎？今天的前端科學界真的已經墮落到了隻能象撅著肥屁股的鴕鳥一樣把自己的腦袋埋在沙子裏麵嗎？？？

 

 

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[1] 見上文因鄙視形而上學而導致的科學之惰落 

[2] https://en.wikipedia.org/wiki/Noether%27s_theorem

[3] https://www.youtube.com/watch?v=ZYM6HMLgIKA&t=8s

[4] https://www.youtube.com/watch?v=ypjZF6Pdrws&t=27s

 

[慕容青草]

其實，與“除了由廣義相對論允許的宇宙膨脹造成的宇宙整體上的能量不守恒之外，能量永遠是守恒的”這樣的論斷（見Sabine的視頻）相比，人們恐怕更難以想象“光子從不經曆時間”這樣的論斷會有什麽實際應用。。。但是諾貝爾物理學獎得主彭羅斯就偏用它來作為他的理論的一個基礎。。。所以，盡管現在看不出對於“除了由廣義相對論允許的宇宙膨脹造成的宇宙整體上的能量不守恒之外，能量永遠是守恒的”這樣的論斷的否定有什麽實際的應用，如果沒人出來否定這樣的論斷，誰也無法肯定什麽人在什麽場合會用到它。。。。。。
總之，正確的科學態度應該是，如果作為科學的一個普遍的基本概念上出現了目前還無法解釋的邏輯漏洞時，就應該正視它，當有人通過邏輯分析指出了這一漏洞時，就應該發表它，好讓全世界的人都清楚這一漏洞！
但遺憾的是，作為Royal Society的Board Member的Thomas Sotiriou教授顯然不具備這種正確的科學態度。。。不但不坦然正視物理學基本概念上出現的邏輯漏洞，還玩弄文字遊戲，很不光明磊落地以什麽“不是研究隻是想法”來否定對於物理學基本概念的邏輯漏洞通過嚴格的邏輯分析進行的指證。。。由此我們可以一葉知秋地知道繼專業哲學界的墮落之後，世界物理學界也在發生的墮落。。。此實為人類文明之不幸。。。。