相對論中的光子。。。。

戴榕菁

如我之前多次提到的，20世紀的物理學之一大特點便是通過文學式的想象和數學的誇張的結合來排除哲學的思維。這樣做的結果使得對於數學的錯誤解讀成為了20世紀物理學的一道逗樂的風景線，而這一現象在與相對論有關的文章尤為顯著。

現在我們已經可以確定狹義相對論錯了（參見【[1]】），不過如我們在哈菲爾-基廷實驗報告中發現的，即便是我們退一萬步來設狹義相對論是對的，我們也仍可看到相對論學者是如何戲劇性地把相對論的數學表達式進行曲解的。由狹義相對論得出的所謂光子不經曆時間的說法就是又一個這一類的例子。

1905年愛因斯坦發表了兩篇著名的文章，一篇宣告了狹義相對論相對論的產生【[2]】，另一篇奠定了光子的概念【[3]】。盡管當時的這兩篇文章之間並沒有直接的關係，但基於光速不變假設的狹義相對論日後自然是順理成章地給光子定下了兩條著名的約束：1）光子沒有質量，2）光子不經曆時間。

這兩條約束的依據都是那個被愛因斯坦在文章【2】中重新推導了的洛倫茲變換中的那個洛倫茲因子：

γ = 1/(1 - v²/c²)^1/2             （1）

按照（1）式，當v = c時，γ 等於無窮大，而相對論中的所謂光子沒有質量的結論便由此而來。在推翻了狹義相對論之後，我們不再需要因為光速問題而限定光子的質量，而且有些假設光子有質量的理論可以得出比假設光子質量為零的理論更接近直接觀察的結果。不過因為沒有人實際測量過光子的質量，本文將不就此展開討論。

本文要討論的是那個所謂的光子不經曆時間的說法。在科普文章中我們經常可以看到這一說法。不過如果僅僅是科普文章有此一說，我們也不必大驚小怪，畢竟對於科普大軍的水平我們不能有過高的期待。但問題在於這並不僅僅是科普人員才有的說法，而是第一線的專業物理學者也有的說法；不僅是一般的專業物理學者才有的說法，而且是頂級的物理學者也有的說法。一個典型的例子就是因其在數學領域的工作而被英女王親授爵士稱號，又因其在物理學領域的工作而獲得諾貝爾物理學獎的數學和物理雙料大咖彭羅斯將光子不經曆時間作為了他的那個著名的保形循環宇宙學（Conformal cyclic cosmology）的基本理論依據之一。

自2021年開始的幾年的3月份裏我似乎都會經曆一些與相對論的特殊交道。如我在文章【1】中指出的，我推翻狹相對論的工作始於2022年3月份，再比如2023年的3月份我開始推翻作為量子場論基礎的所謂的相對論力學的工作。但實際上，在2021年3月份我就開始了對狹義相對論的一個小小的質疑，而該質疑產生的緣由正是彭羅斯對光子不經曆時間的說法的運用【[4]】。彭羅斯聲稱在宇宙膨脹的最後，宇宙中隻剩下光子了，而光子不經曆時間，所以就沒有時間了。

熟悉狹義相對論的人都知道，愛因斯坦論述狹義相對論的一個基本特點就是用光子或光束的運動來作為記錄時間的一個基本工具，或者說光子或光束在愛因斯坦的相對論中成為了時鍾的替代物，甚至應該說愛因斯坦把光的運動當作了時間本質的反映。從這個角度來說，隻要宇宙中還有光子以及光子在其間運動的空間的尺度就不能說沒有時間的記錄。但彭羅斯所針對的不是愛因斯坦所感興趣的光子運動與時鍾之間的關係，而是那個著名的所謂“光子不經曆時間”的說法。

我看了對彭羅斯的訪談後才了解到這一點的。因為我是在2022年3月才開始推翻狹義相對論的工作的，所以在2021年3月的時候我根本就沒有想到會去推翻狹義相對論。不過在看了彭羅斯的訪談後，我馬上就發現了一個問題：光是一種波動，隻要有波動就要經曆時間，怎麽能把由狹義相對論得出的光子不經曆時間作為一個宇宙論的出發點呢？

帶著這個問題，我還專門寫了一篇討論或許應該修改狹義相對論以引進光的波動性的文章【[5]】。巧得很，我的那篇文章貼出沒多久，著名科普網紅李永樂就貼出了一個視頻，在視頻末尾他有點莫名其妙地帶著冷笑地說了類似“有些不務正業的人一心想推翻相對論，建議這些人好好地多讀讀書”之類的話。當然，李永樂是不會讀我的文章的，因此他的視頻一定不會是針對我說的。不過巧的很，自2021年開始的這兩年裏，當我貼出有關相對論的關鍵性文章時，他也會時不時地就碰巧很快貼出維護相對論的視頻。這再一次向我們表明，這個世界上碰巧的事情非常多。

在貼出文章【4】和【5】之後，我還將它們改寫為英文貼出【[6],[7]】。

在我貼出文章【4，5，6，7】兩年多後，甚至在我貼出對我推翻相對論的工作進行總結的文章【1】的幾個星期之後，我這才突然反應過來，即便我們退一萬步說狹義相對論是對的，那個“光子不經曆時間”的說法也是錯的，而我當初居然被彭羅斯誤導而沒看出這個說法的錯誤來。

我們再來看一下，那個“光子不經曆時間”的說法是如何產生的。根據洛倫茲變換，我們可以得出相對論的時間變換為：

Δt’ = Δt/ γ = (1 - v²/c²)^1/2Δt          (2)

其中Δt是靜止坐標係中的時間，Δt’是運動坐標係中的時間。由（2）我們可以看出：

Δt’< Δt                                        (3)

也就是說當時間在靜止坐標係中過了一個小時後，在運動坐標係中還沒有過到一個小時。這就是洛倫茲提出的所謂的動鍾變慢的假說。

由（2）我們可以看出，當v = c的時候，Δt’=0。

而Δt’=0可被解釋為時間不變 ---- 這就是所謂的光子不經曆時間的說法的來曆。

我相信，故事講到這裏很多讀者也同我一樣如夢初醒，一下子看出過去這些年是如何被相對論科普大軍給忽悠了：

那個Δt’不是光子經曆的時間，Δt才是光子經曆的時間。Δt’=0是在靜止坐標係裏觀察光子運動的人以為光子沒有經曆時間，並不是光子自身沒有經曆時間。

很顯然，彭羅斯根本不能用靜止坐標係裏的人以為光子沒有經曆時間來論斷說時間不存在，因為如我前麵指出的，光子的運動本身就是愛因斯坦用來描述時間的基本工具。隻有光子自己不經曆時間，彭羅斯才有理由（盡管是歪理）來說時間不存在！可見彭羅斯也被科普大軍忽悠了。

那麽，科普大軍又是被誰忽悠了呢？

或許李永樂可以給出答案，嗬嗬，跟網紅開個玩笑，別當真。恐怕誰也說不清誰被誰忽悠了。也許都被外星人忽悠了。。。。嗬嗬。

結論

千萬別在用文學式的想象和數學的誇張來排斥哲學思辨了。。。。。。

 

 

 

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【[1]】 戴榕菁 （2023）夥計幹得不錯，隻是太晚太弱了點。。。。

【[2]】 Einstein A. (1905) “On the Electrodynamics of Moving Bodies”. Zur Elektrodynamik bewegter Körper, in Annalen der Physik. 17:891, 1905, translations by W. Perrett and G.B. Jeffery. Retrieved from: https://www.fourmilab.ch/etexts/einstein/specrel/www/

【[3]】 Einstein, A. (1905). “On a Heuristic Point of View Concerning the Production and Transformation of Light”. Annalen der Physik 17 (1905): 132-148. Retrieved from: https://en.wikisource.org/w/index.php?title=On_a_Heuristic_Point_of_View_about_the_Creation_and_Conversion_of_Light&oldid=4422351

【[4]】 戴榕菁 （2021）彭羅斯(Penrose)保形循環宇宙學的致命缺陷

【[5]】 戴榕菁 （2021）狹義相對論需要修正嗎？---一個可以被研究生用作論文的題目

【[6]】 Dai, R. (2021). “The Flaw of the Interpretation of Time by Special Relativity”. Retrieved from: https://www.academia.edu/45590958/The_Flaw_of_the_Interpretation_of_Time_by_Special_Relativity

【[7]】 Dai R. (2021). “The Idea of Reexamining Special Relativity”. Retrieved from: https://www.academia.edu/105983892/The_Idea_of_Reexamining_Special_Relativity

[慕容青草]

人類曆史的一個似乎不變的可悲的劇本是當一個群體衰敗時，剩下的就是吹牛了。。。。老舍筆下的滿清遺老遺少的形象大家可能還記憶尤新。。。。下麵是quara上的一個問題：
“Can non-physicists easily understand any subfields of physics?”
下麵是一個牛氣衝天的physicist的回答：
“No. It takes incredibly intense effort to comprehend any part of physics at any significant depth. Just to give an example, about HALF of all university undergraduate physics majors drop out before graduation. And these are generally highly-motivated and serious students with a generally good background in math and elementary physics at a good high school level. Now consider what an insignificant fraction of the general population undergraduate physics majors are.”
下麵是本人不客氣的評論：
“It’s time for physicists to wake up to how terrible the theoretical physics is now. The famous Hafele-Keating experiment even turned the twin paradox issue into triplet paradox issue without being captured by ANY PHYSICISTS for so many decades…..You people do NOT have much to brag now!”
一個家道中落的大宅院居然還那麽牛氣，當然要給他們一記讓他們清醒清醒！