林左鳴

教授,中國航空工業(yè)集團(tuán),北京100022;北京航空航天大學(xué),北京 100083

乘坐霍金的時(shí)光機(jī)能看到什么

林左鳴

教授,中國航空工業(yè)集團(tuán),北京100022;北京航空航天大學(xué),北京 100083

時(shí)間 空間 信息影像 超光速 效應(yīng)能量

立足于以信息態(tài)為基礎(chǔ)的容介態(tài)理論,對時(shí)空概念進(jìn)行深入剖析后可以得到如下認(rèn)知：時(shí)間是物質(zhì)從初始運(yùn)動(dòng)到終止運(yùn)動(dòng)的度量,是隨著物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的初始到終止而連續(xù)增量的空間概念值,是不可倒流的;物質(zhì)態(tài)空間是運(yùn)動(dòng)著的,只能以直線(或徑向)的趨勢,作膨脹或收縮運(yùn)動(dòng);時(shí)空并非一體,時(shí)間不是三維物質(zhì)空間的更高維度。光子中單奇子的統(tǒng)一互變特性決定了光速不變,也決定了物質(zhì)的能量只能使物質(zhì)運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到光速。光子粒子接收了外源信息,完全變成信息粒子的運(yùn)動(dòng)速度就會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過光速;以信息態(tài)能量速度運(yùn)動(dòng)的效應(yīng)能量可以使物質(zhì)的速度超過光速。所以人類不能穿越時(shí)空到達(dá)未來或置身于已經(jīng)過去了的真實(shí)社會(huì)之中,但可以通過超光速飛行去追趕過去了的事物的信息影像。

2010年5月媒體報(bào)道：英國著名物理學(xué)家史蒂芬·霍金稱,人類可以乘坐時(shí)光機(jī)飛入未來或返回歷史。作為當(dāng)代著名科學(xué)家的這一論斷,又把人們的思想帶回了中世紀(jì)的囚籠,即認(rèn)為未來是上帝這個(gè)全能的造物主預(yù)先安排的,因此有了時(shí)光機(jī)就可能與造物主同行,去探秘人類的未來。人類的未來是既定的,還是未定的,這可是個(gè)重要的問題。如果人類未來真是既定的,命運(yùn)之神不可擺脫,那么今天人們?yōu)閯?chuàng)造美好的未來,包括為保護(hù)環(huán)境、保護(hù)地球家園的一切努力豈不都是枉費(fèi)心機(jī)嗎?其實(shí),人類正在進(jìn)行的一切活動(dòng)包括保護(hù)自然的努力,說明人們并不接受宿命論。難道這樣的質(zhì)疑是“雙生子佯謬”和“殺父佯謬”之后的又一個(gè)佯謬?不管怎樣,這一切都是時(shí)間和空間的問題惹的“禍”。千百年來,時(shí)間和空間的問題困擾了無數(shù)哲學(xué)家和科學(xué)家。20世紀(jì)初,科學(xué)巨匠愛因斯坦提出了狹義相對論和廣義相對論的理論體系,幾乎就要給時(shí)間和空間的問題蓋棺定論了,然而其后不斷面臨著人們提出的一個(gè)個(gè)悖論所帶來的質(zhì)疑和挑戰(zhàn)。盡管科學(xué)家們的釋疑總是使相對論理論“山窮水盡疑無路,柳暗花明又一村”,但是筆者認(rèn)為,基于信息態(tài)為基礎(chǔ)的容介態(tài)理論視野[1],新的質(zhì)疑和挑戰(zhàn)又必然要出現(xiàn)了。那么,在信息態(tài)和物質(zhì)態(tài)二元容介態(tài)的理論體系下,乘坐霍金的時(shí)光機(jī)又能看到什么呢?要回答這個(gè)問題,恐怕首先還是要理清時(shí)間和空間的問題。

1 時(shí)間的定義

霍金在探索如何建造時(shí)光機(jī),并利用時(shí)空的第四維時(shí)間去做超越現(xiàn)實(shí)的旅行時(shí)提到,如果科學(xué)家建造了蟲洞,“通過蟲洞,這位科學(xué)家可以看到一分鐘前的自我。如果這位科學(xué)家利用蟲洞,向以前的自我開槍,會(huì)發(fā)生什么事情?他現(xiàn)在已經(jīng)一命嗚呼。那又是誰開的槍呢?這便是一個(gè)悖論……”[2]看來,即便是寫出《時(shí)間簡史》這樣一部科學(xué)巨著的霍金,也不得不面對這個(gè)所謂的“殺父佯謬”的挑戰(zhàn)。這個(gè)問題之所以成為佯謬,是因?yàn)橛锌茖W(xué)家提出了“平行時(shí)空”的觀點(diǎn),認(rèn)為“時(shí)空不是唯一存在的,而是無數(shù)個(gè)時(shí)空平行存在,它們彼此之間一般情況下是無法產(chǎn)生聯(lián)系的,每個(gè)時(shí)空都依照它本身的規(guī)律和順序演變?！盵3]不過“平行時(shí)空”觀點(diǎn)的出現(xiàn),又使回到歷史中去旅行成為悖論。因?yàn)椤叭绻總€(gè)時(shí)空都平行存在,那么在這個(gè)時(shí)空存在的人未必在另外的時(shí)空也存在。也就是說你在另外的時(shí)空壓根就找不到你的祖父,更談不上殺掉他了……”[3],既如此,所謂“返回歷史”又從何談起?因而又產(chǎn)生了許多其他的佯謬,比如“薛定諤的貓”,等等。

盡管這樣,霍金還是堅(jiān)持認(rèn)為時(shí)間有縫隙。在他看來,“任何物質(zhì)都不是完整無瑕和實(shí)心的,如果仔細(xì)觀察,會(huì)發(fā)現(xiàn)它們上面都存在小孔和縫隙,這是一個(gè)基本的物理原理,同樣適用于時(shí)間。即便像臺(tái)球一樣的東西,上面也有裂縫、褶皺或空洞。現(xiàn)在容易說明這種情況也存在于第一個(gè)三維中。我相信,這一原理同樣適用于第四維。時(shí)間也存在許多微小的裂縫、褶皺和空洞。在最小的刻度下——比分子甚至原子都小,我們來到一個(gè)稱為量子泡沫(quantum foam)的地方,這是蟲洞存在之處?！盵2]

看來,要弄清楚是否確有“蟲洞”存在,首先要弄清楚時(shí)間究竟是什么?牛頓在《自然哲學(xué)之?dāng)?shù)學(xué)原理》一書中曾對時(shí)間作出了他所理解的定義,他指出：“絕對的、真實(shí)的和數(shù)學(xué)的時(shí)間由其特性決定,自身均勻地流逝與一切外在事物無關(guān),又名延續(xù);相對的、表象的和普遍的時(shí)間是可感知和外在(不論是精確的或不均勻的)的運(yùn)動(dòng)之延續(xù)的量度,它常被用以代替真實(shí)時(shí)間,如一小時(shí)、一天、一個(gè)月、一年。”[4]現(xiàn)在看來,牛頓三百多年前對時(shí)間所做定義的物理意義并不十分明確。

筆者在“自然容介態(tài)——以自然信息為基礎(chǔ)的進(jìn)化機(jī)理的假說”[1]一文中已經(jīng)闡明,時(shí)間源于物質(zhì)的合成和運(yùn)動(dòng)。如果我們一定要定義一個(gè)絕對時(shí)間,那么它只能是完全信息態(tài)空間里的時(shí)間。在完全信息態(tài)空間里,物質(zhì)及其運(yùn)動(dòng)尚未誕生,因此時(shí)間即絕對時(shí)間等于零,它只不過是時(shí)間的零點(diǎn)?？梢?人們對時(shí)間之所以一直是摸不著頭腦的,完全在于沒有認(rèn)識(shí)到物質(zhì)之外的存在,即沒有認(rèn)識(shí)到物質(zhì)態(tài)空間之外還有信息態(tài)空間。由于信息態(tài)空間中自然信息的聚合運(yùn)動(dòng)形成了最基本的物質(zhì)粒子單奇子,而正是這一剎那,時(shí)間開始產(chǎn)生,并成為物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的度量。因此,時(shí)間是因物質(zhì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的,如果沒有人為設(shè)定的話,時(shí)間永遠(yuǎn)只有一個(gè)度量,那就是單奇子互變一個(gè)周期所用的時(shí)間即10-15s,故而時(shí)間是不變的、恒態(tài)的。這是因?yàn)?大爆炸形成單元區(qū)的過程是相同的[5],單奇子又都是來自于信息態(tài)空間,也就是說各個(gè)單元區(qū)的單奇子也是相同的。由于我們定義時(shí)間是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的度量,因此信息態(tài)空間合成單奇子的時(shí)間為宇宙初始時(shí)間。各單元區(qū)所使用的時(shí)間,都是以單奇子合成的時(shí)間為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間,也就是說,宇宙的時(shí)間是統(tǒng)一的!不同的是,每個(gè)單元區(qū)形成時(shí)的時(shí)間各不相同。所謂的“量子泡沫”可能和“波粒二象性”一樣,都是緣于單奇子在進(jìn)行物質(zhì)粒子和信息粒子兩態(tài)性互變時(shí)出現(xiàn)的現(xiàn)象。當(dāng)單奇子變成信息態(tài)的一剎那,就出現(xiàn)了波的現(xiàn)象或“量子泡沫”。

綜上所述,我們可以把時(shí)間定義為：時(shí)間是物質(zhì)從初始運(yùn)動(dòng)到終止運(yùn)動(dòng)的度量,是隨著物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的初始到終止而連續(xù)增量的空間概念值。時(shí)間也是人為選擇的一種長久不變地運(yùn)動(dòng)著的物質(zhì)規(guī)律,是在這種物質(zhì)規(guī)律中,依照長久不變的原則所設(shè)定的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的度量。按照這個(gè)定義,時(shí)間是一種特定的增量形態(tài),是不可倒流的一種度量。

物質(zhì)從生成時(shí)就開始運(yùn)動(dòng),物質(zhì)運(yùn)動(dòng)一開始,時(shí)間也開始。物質(zhì)運(yùn)動(dòng)是連續(xù)的運(yùn)動(dòng),因此時(shí)間也就是隨物質(zhì)運(yùn)動(dòng)形成的連續(xù)形態(tài),連續(xù)的時(shí)間是沒有縫隙的。在“0”以后的實(shí)數(shù)是時(shí)間范圍的量值。一方面在運(yùn)動(dòng)中的物質(zhì)沒有完全靜止下來時(shí),時(shí)間是沒有間隔和縫隙的。另一方面,物質(zhì)由完全靜止?fàn)顟B(tài)(自然界不存在完全靜止的物質(zhì),這里僅僅是一種比擬,實(shí)際上指的是一種物質(zhì)由“無”到“有”的瞬間臨界狀態(tài))到物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的初始狀態(tài)之間(用“之間”這種表述或許也有失嚴(yán)謹(jǐn)),是沒有時(shí)間的靜止態(tài),沒有時(shí)間,自然也就不會(huì)存在所謂的“時(shí)間縫隙”。我們這里所說的物質(zhì)是宇宙單元區(qū)中所有物質(zhì)的集合,是一個(gè)宏觀概念。在其中的微觀粒子運(yùn)動(dòng)中,由于單奇子二態(tài)性互變所形成的物質(zhì)粒子之間的間隔(信息態(tài))相比之下顯得突出了,因此出現(xiàn)了“波粒二象性”和“量子泡沫”,然而在單奇子轉(zhuǎn)化為信息態(tài)那一剎那,對單奇子而言不過是時(shí)間等于零的狀態(tài),而不是什么“時(shí)間縫隙”,時(shí)間等于零,也就沒有了時(shí)間,當(dāng)然也就不存在時(shí)間的縫隙。實(shí)際上,把時(shí)間設(shè)定成如同物質(zhì)體一樣具有界面的屬性還緣于人們對空間認(rèn)識(shí)的誤區(qū)。因此接下來我們有必要闡明空間的概念。

2 空間的定義

史蒂芬·霍金指出：“一切物體有時(shí)間以及空間長度。時(shí)間旅行意味著我們要經(jīng)過第四維。要想搞明白這一點(diǎn),我們可以想象正在從事一種日?；顒?dòng),比如開車。開車沿直線行駛,是在一維中旅行。是左轉(zhuǎn)或是右轉(zhuǎn),則是二維旅行。驅(qū)車上下山意味著又多增加了高度,所以是在三維空間內(nèi)?！盵2]霍金認(rèn)為,要實(shí)現(xiàn)時(shí)間旅行,則是在第四維中活動(dòng),他甚至借用科幻電影中的時(shí)光隧道概念,以此作為人們通向第四維的假想通道。這里就涉及到空間定義這么一個(gè)非常重要的問題。眾所周知,自愛因斯坦相對論理論誕生以來,現(xiàn)代物理學(xué)基本上認(rèn)為時(shí)空是一體的,其中時(shí)間是第四維。對此霍金說到：“相對論迫使我們從根本上改變了我們的時(shí)間和空間觀念。我們必須接受,時(shí)間不能完全脫離和獨(dú)立于空間,而必須和空間結(jié)合在一起形成所謂的時(shí)空的客體?！盵6]這里的關(guān)鍵在于“時(shí)空的客體”,即不但把空間和時(shí)間視為緊密相聯(lián)系,并且實(shí)際上是一體的。關(guān)于這一點(diǎn)牛頓在《自然哲學(xué)之?dāng)?shù)學(xué)原理》一書中就提出了雛形,他認(rèn)為空間由絕對空間和相對空間所構(gòu)成,顯然絕對空間指的是“與一切外在事物無關(guān),處處均勻,永不移動(dòng)。”“相對空間是一些可以在絕對空間中運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)……”[4]其實(shí)至今我們在物理學(xué)上研究的空間概念都是指相對空間。絕對空間在過去的概念里,那幾乎就是上帝的家。那么,既然相對空間是在絕對空間中運(yùn)動(dòng)的空間,而運(yùn)動(dòng)又必然和時(shí)間相聯(lián)系。所以“絕對空間與相對空間在形狀與大小上相同,但在數(shù)值上并不總是相同”[4]。牛頓這里所說的數(shù)值上不總是相同,就是指時(shí)間數(shù)值的變化。因此牛頓也認(rèn)為通常情況下空間(相對空間)和時(shí)間密不可分。

對于時(shí)空一體,時(shí)間是第四維,最早借助數(shù)學(xué)方法提出成體系的理論觀點(diǎn)的,應(yīng)該是以愛因斯坦為代表的近代科學(xué)家。在愛因斯坦提出狹義相對論之后,德國數(shù)學(xué)家閔可夫斯基提出了一種四維空間表達(dá)式,即“閔可夫斯基空間”,這就為狹義相對論導(dǎo)出時(shí)空一體的概念提供了強(qiáng)有力的數(shù)學(xué)武器。再加上運(yùn)用“洛倫茨變換”進(jìn)行運(yùn)算,就使狹義相對論在數(shù)學(xué)基礎(chǔ)上“鐵板釘釘”了。在時(shí)空一體的理論框架下,又推導(dǎo)出了兩個(gè)曾經(jīng)駭世驚俗的結(jié)論,即“鐘慢效應(yīng)”和“尺縮效應(yīng)”。

時(shí)間與速度的關(guān)系是恒態(tài)與動(dòng)態(tài)的關(guān)系,即單位時(shí)間是恒定的,而單位速度是可以動(dòng)態(tài)變化的。時(shí)間和速度之間既存在“等對”(時(shí)間和速度之間始終為相對應(yīng)的)的關(guān)系,又有“相對”(時(shí)間不變,而速度變化)的關(guān)系。這就是說,時(shí)間對于速度而言不是相對關(guān)系,而是絕對關(guān)系。把時(shí)間認(rèn)為是本質(zhì)可變的,似難成立。在時(shí)間同速度的關(guān)系中,只有速度是可變量,而時(shí)間則是隨著速度的變化而等對的量。速度的變化取決于使用的時(shí)間的多少,而在某一時(shí)間內(nèi)的速度則可以無限變化,但一個(gè)速度內(nèi)的時(shí)間,卻是恒定不變的。使用時(shí)間的可變性和時(shí)間本質(zhì)的可變性完全是兩個(gè)不同的概念。

因此,“鐘慢效應(yīng)”的問題就在于把剩余時(shí)間說成是“鐘慢”,即時(shí)間倒流。也就是說,一個(gè)飛行器在作光速運(yùn)動(dòng)時(shí),需要10 s走完的一段路程,而在超光速飛行時(shí),則僅用了8 s的時(shí)間就走完了這段路程,8 s到10 s時(shí)間之差是2 s,這2 s就是超光速飛行相對于光速飛行走完這段路程的剩余時(shí)間。不論10 s也好,8 s也罷,時(shí)間永遠(yuǎn)是一秒一秒地過去,不會(huì)1 s變成0.8 s,不能因?yàn)樗俣鹊淖兓e(cuò)誤地認(rèn)為是時(shí)間的變化,把因速度變化時(shí)產(chǎn)生的剩余時(shí)間說成是“鐘慢”或者時(shí)間倒流。由于誤認(rèn)為時(shí)間可以倒流或變慢,雙生子在不同的坐標(biāo)系運(yùn)動(dòng)而出現(xiàn)代差問題的所謂“雙生子佯謬”也就出現(xiàn)了。實(shí)際上宇宙的時(shí)間是統(tǒng)一的,“雙生子代差”問題是不可能出現(xiàn)的。

愛因斯坦在經(jīng)過狹義相對論充分的理論準(zhǔn)備后,進(jìn)而提出了廣義相對論,并認(rèn)為時(shí)空是彎曲的,而且引力也要彎曲。一些科學(xué)家由此認(rèn)為穿越彎曲的時(shí)空時(shí)可以通過“蟲洞”走捷徑。愛因斯坦關(guān)于時(shí)空的一系列假說盡管不斷地面臨著挑戰(zhàn),但也基本上為現(xiàn)代科學(xué)界所接受,顯然霍金也是接受這一假說的,并且寫入了他的《時(shí)間簡史》中。

現(xiàn)在我們來分析,如果時(shí)空彎曲,那么時(shí)空中的物質(zhì)就應(yīng)該都要隨著彎曲的時(shí)空進(jìn)行彎曲運(yùn)動(dòng),物質(zhì)彎曲運(yùn)動(dòng)的結(jié)果是作圓周運(yùn)動(dòng),最后會(huì)由于一個(gè)時(shí)空區(qū)的引力作用,使整個(gè)宇宙空間都形成黑洞效應(yīng),而這顯然不符合實(shí)際情況,也是一個(gè)悖論。

為了不使整個(gè)宇宙空間形成黑洞效應(yīng),愛因斯坦又假設(shè)引力可以彎曲。問題在于如果引力真的可以彎曲,就會(huì)使現(xiàn)在宇宙空間中的物質(zhì)因?yàn)橐澢淖冏孕较颉６胰绻澢?地球上的所有生物或植物就都只能匍匐在地殼表面上了,地球上的生物就都是爬行動(dòng)物,植物就都是貼地面的藤蔓植物,當(dāng)然人類也只能做爬行運(yùn)動(dòng),而不能直立行走了。引力彎曲還會(huì)使物質(zhì)的引力消失,因?yàn)樵谶@種情況下,粒子的引力只能在粒子體內(nèi)部形成彎曲作用,引力線不能向外延伸同其他粒子發(fā)生作用。這樣,粒子之間合成為物質(zhì)時(shí)就減少了一種合成力。那么宇宙的運(yùn)動(dòng)就不會(huì)形成現(xiàn)實(shí)中的單元區(qū)空間、銀河系和太陽系。作為這之中的行星地球也就不會(huì)存在,當(dāng)然更不會(huì)有其上的生物和植物了。從這個(gè)意義上看,愛因斯坦所提出的這個(gè)廣義相對論理論似乎又成了一個(gè)否定自身存在的悖論。

為了說明上述判斷,我們可以設(shè)想,在粒子進(jìn)行合成的過程中,信息態(tài)能量將起主要作用。這是因?yàn)樾畔B(tài)能量的光色隨向性,會(huì)使得粒子自身帶有的信息態(tài)能量成為與其他粒子合成為物質(zhì)體的先決能量。其次,由兩個(gè)單奇子合成的貝粒子流會(huì)在粒子之間形成引力,這種引力存在于相同性質(zhì)的物質(zhì)體之間,形成相互引動(dòng)作用。所以信息態(tài)能量是粒子合成的主作用力,引力是粒子合成的輔作用力,二者缺一不可。同時(shí)我們可以設(shè)想,物質(zhì)粒子形成自旋運(yùn)動(dòng),其原因是合成粒子的單奇子在互變時(shí),按照一定的方向互變,出現(xiàn)了位置移動(dòng),形成了物質(zhì)粒子自旋的動(dòng)因。如果引力彎曲了,那么原有的貝粒子流的直線運(yùn)動(dòng)變成了繞核運(yùn)動(dòng),在大質(zhì)量體粒子與小質(zhì)量體粒子相互產(chǎn)生引力作用時(shí),就會(huì)使貝粒子流之間的循環(huán)方向產(chǎn)生迭加現(xiàn)象,這樣原本直線運(yùn)動(dòng)的貝粒子流,會(huì)在大、小質(zhì)量體粒子之間形成循環(huán)拉動(dòng)而融合成“8”字形貝粒子流,這時(shí)小質(zhì)量體的粒子就會(huì)在這樣不正常的引力拉動(dòng)下出現(xiàn)受力差而導(dǎo)致改變原來的自旋方向。

由此可見,時(shí)空彎曲、引力彎曲的理論從本質(zhì)上完全改變了整個(gè)宇宙的自然運(yùn)動(dòng)規(guī)律,把只能適用于曲線運(yùn)動(dòng)和直線運(yùn)動(dòng)中時(shí)間和速度的相對關(guān)系的“蟲洞效應(yīng)”作為時(shí)間和空間一體化后的宇宙運(yùn)動(dòng)“走捷徑”的手段,這就難免要掛一漏萬,有不能自圓其說之嫌。

那么我們應(yīng)該怎樣認(rèn)識(shí)現(xiàn)實(shí)的空間呢?在物質(zhì)態(tài)空間,時(shí)間與空間確實(shí)存在緊密的聯(lián)系,因?yàn)闀r(shí)間是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的度量值,就這個(gè)意義上來講,可以認(rèn)為時(shí)空緊密聯(lián)系不可分割,然而就此認(rèn)為時(shí)間是物質(zhì)的一個(gè)維度,而且是三維物質(zhì)之外的更高維度(第四維),那就意味著時(shí)間包含了物質(zhì)形態(tài),而這顯然是不對的。筆者認(rèn)為,空間維度實(shí)際上是一種形態(tài)界面的表示,這樣的界面形態(tài)由有形態(tài)(三維固態(tài)物質(zhì))和無形態(tài)(包括四維液態(tài)物質(zhì)等)所構(gòu)成。時(shí)間并不表示形態(tài)界面,它是緊密伴隨著物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的一個(gè)度量值,是一種增量態(tài),或者可以認(rèn)為增量態(tài)的時(shí)間是一種膨脹的形態(tài),是隨物質(zhì)空間的運(yùn)動(dòng)而膨脹的形態(tài),既沒有像物質(zhì)那樣有長短的區(qū)別,也不可能倒流,只是一個(gè)恒定狀態(tài)的度量值。因此,把時(shí)間硬塞入空間維度的范疇,在學(xué)理上和感知上都難以使人信服。在狹義相對論中,正是由于把時(shí)間視為和空間一樣本質(zhì)可變,才導(dǎo)致了在其一系列論斷中一個(gè)又一個(gè)悖論的出現(xiàn)。

綜上所述,準(zhǔn)確的空間(物質(zhì)態(tài)空間)定義應(yīng)該是：能夠容納物質(zhì)的地方稱為空間(物質(zhì)態(tài)空間)?？臻g是運(yùn)動(dòng)著的,但空間只能以直線(或徑向)的趨勢,作膨脹或收縮運(yùn)動(dòng)。

3 時(shí)光機(jī)的作用

由于物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的根本屬性,物質(zhì)態(tài)的地球、太陽系乃至宇宙的演變過程必然遵循其內(nèi)在的基本規(guī)律,因此其未來狀態(tài)理論上應(yīng)該是可以大致確定的。但即便是這種可以大致確定的純粹物質(zhì)范疇的“未來狀態(tài)”也絕至于地球人外,更主要地致的一切后法確定更不創(chuàng)造的。對憧憬和規(guī)劃,的“尚未存到達(dá)”都需要”目的地確實(shí)來”的說法都的“時(shí)光機(jī)”隙去探究未然,也不可能金所謂的對,乘坐時(shí)光機(jī)乘坐時(shí)光機(jī)像,但是絕不因?yàn)?隨時(shí)間倒流的形式運(yùn)動(dòng),從而讓我們?nèi)祟惙祷剡^去的真實(shí)社會(huì)。也就是說,任何企圖使人類超越歷史到未來社會(huì)或倒轉(zhuǎn)歷史到達(dá)過去的社會(huì)的想法都是完全違背自然規(guī)律的。如果把通過宇宙飛船追趕過去歷史的信息影像,說成是人類可以返回歷史的過去,則完全是一種由錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)導(dǎo)致的概念混淆。

實(shí)際上,地球上的人們可以直接看到(視維到)的人類活動(dòng)、物質(zhì)運(yùn)動(dòng)和事情的變化過程,都是單奇子在10-15s的周期內(nèi)互變時(shí)產(chǎn)生的影像,我們以此為事物初始時(shí)間信息影像。正常情況下,可以把10-15s至1 s的時(shí)間內(nèi)的影像形成過程,作為事物影像由初始到光子運(yùn)動(dòng)達(dá)到均衡狀態(tài)的信息影像。也就是說,人們通過直接視維可以看到的一切,是由光子反射形成了可直接視維的形態(tài),而光子反射所形成的影像的運(yùn)動(dòng)速度等于光子運(yùn)動(dòng)達(dá)到均態(tài)時(shí)的速度。我們把這種以光速運(yùn)動(dòng)的影像稱之為光速影像。

可見,光速影像每10-15s由影像形成區(qū)發(fā)送出一次,并且是連續(xù)發(fā)送的。我們把單奇子在10-15s的周期內(nèi)互變所形成的初始影像稱為：真實(shí)影像。在真實(shí)影像形成后1 s時(shí),人們可以看到的影像應(yīng)是真實(shí)影像后的影像,而人們在2 s時(shí)看到的影像,則是1 s時(shí)后的影像。如果要在2 s的時(shí)候看到1 s以前的影像,就要通過一定的位移速度來實(shí)現(xiàn)。這個(gè)位移速度要大于影像本身的運(yùn)動(dòng)速度2～3倍,稱為超影像運(yùn)動(dòng)光速速度(2 c或3 c速度)。只有這種速度才能達(dá)到光速影像的連續(xù)位移速度,在兩種速度的匯合區(qū),并實(shí)現(xiàn)位移等速度時(shí),就可以直接看到過去的時(shí)間影像。

那么,要怎樣才能追趕上已經(jīng)過去了的歷史信息影像呢?這就必須要有能夠超越已經(jīng)過去了的事物初始時(shí)間信息影像運(yùn)動(dòng)速度2～3倍,即能以2～3倍光速飛行的宇宙飛船,我們姑且就稱它為“時(shí)光機(jī)”吧!因此,只有乘坐“時(shí)光機(jī)”,才可能趕上信息影像的運(yùn)動(dòng)速度。也就是說,如果我們要想看到過去1小時(shí)的現(xiàn)實(shí)信息影像,那就要有一艘能以6×105～9×105km/s的速度飛行的“時(shí)光機(jī)”,才能在1小時(shí)的時(shí)間趕上1小時(shí)前運(yùn)動(dòng)著的信息影像。這是因?yàn)?信息影像在時(shí)光機(jī)運(yùn)動(dòng)1小時(shí)的時(shí)候,已經(jīng)過去了的信息影像又運(yùn)動(dòng)了1小時(shí),要追趕運(yùn)動(dòng)著的影像,必須要超越信息影像運(yùn)動(dòng)速度的2倍或3倍,才能追趕上運(yùn)動(dòng)著的影像。追趕上之后,還要減速到和信息影像運(yùn)動(dòng)速度相同的速度,只有這樣才能看到1小時(shí)以前的真實(shí)社會(huì)。但這個(gè)真實(shí)社會(huì)只是以信息形式存在的全息影像,而不是具有物質(zhì)形式的真實(shí)社會(huì)。

時(shí)光機(jī)要追趕的這個(gè)全息影像又是什么呢?它是怎樣形成的呢?實(shí)際上這個(gè)全息影像是一個(gè)光子影像。是由光子在影像形成區(qū),把不同形態(tài)的物質(zhì)結(jié)構(gòu),按不同反射點(diǎn)反射出影像形成區(qū)的結(jié)構(gòu)形態(tài)的影像。也就是說,所謂的全息影像,是一種從任何角度都能看得到,而且又能顯示空間位置的完全立體影像。這種影像看似實(shí)物,卻并非真正的實(shí)物存在,是一種名副其實(shí)的光子構(gòu)成的虛幻影像。這樣一種影像可以稱之為：自然態(tài)光子影像,也就是一種可直接視維的影像。這樣一種可直接視維的影像,因?yàn)槭怯晒庾臃瓷湫纬傻挠跋?因此影像的運(yùn)動(dòng)速度是隨光子運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)的,所以這是一種光速影像。

這種光速影像形成機(jī)理是怎樣的呢?我們知道,光子帶有的信息為載體信息,其信息態(tài)能量的光色量和光色純度低,光子在同影像形成區(qū)的物質(zhì)表面的分子、原子撞擊作用時(shí),由于被撞物質(zhì)表面的分子、原子的體積、質(zhì)量大于光子,被撞物質(zhì)表面的分子、原子的單奇子數(shù)和信息態(tài)能量的光色量多于光子,使光子中的光色信息態(tài)能量產(chǎn)生隨向性運(yùn)動(dòng),從而失去部分與被撞物質(zhì)表面分子、原子中相同光色的信息態(tài)能量,成為了單光色、少光色的光子。由多個(gè)同影像區(qū)的單光色、少光色光子同時(shí)反射,就會(huì)構(gòu)成有光色(顏色)的結(jié)構(gòu)形態(tài)影像。這種因光子失去部分光色信息態(tài)能量,形成的單光色、少光色的光子反射影像,就是可直接視維(看到)的光色影像。由于這種影像為光子的單光色、少光色信息影像,所以也可以把這種光子信息影像稱之為：載體信息單光色、少光色影像。實(shí)際上人們眼睛所能看到的各種事物,都是視網(wǎng)膜捕捉到反射進(jìn)去的單光色、少光色影像的光子所致。

接下來的問題就是,到底能不能制造出超過光速2～3倍的“時(shí)光機(jī)”,制造出超光速運(yùn)動(dòng)“時(shí)光機(jī)”對于物質(zhì)運(yùn)動(dòng)不能超過光速的理論來說是不是一種悖論?

4 超光速運(yùn)動(dòng)

物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的極限速度是光速 c,這已是人們的一個(gè)科學(xué)常識(shí)。光的速度是近似于每秒三十萬公里(299796 km/s),那么光的速度為什么只能達(dá)到此速度,而且恒定不變呢?這就需要我們了解光運(yùn)動(dòng)的微觀機(jī)理。我們設(shè)想,光速不變的原因,是因?yàn)楹铣晒庾拥娜繂纹孀訒?huì)以一種特殊的形式進(jìn)行互變,也就是說如果合成光子的全部單奇子,在單奇子互變時(shí)間內(nèi)形成同一時(shí)間統(tǒng)一互變的運(yùn)動(dòng)方式,就會(huì)使得光子只能在統(tǒng)一互變中,保持一種速度運(yùn)動(dòng),即以光速 c運(yùn)動(dòng)?；蛟S在自然界中,所有由單奇子合成的粒子中,可以進(jìn)行統(tǒng)一互變的只有光子。單奇子進(jìn)行統(tǒng)一互變的光子其速度不變,是因?yàn)樵诮y(tǒng)一互變、單奇子統(tǒng)一變成信息態(tài)時(shí),所形成的信息態(tài)能量全部作用在隨之而后統(tǒng)一互變?yōu)槲镔|(zhì)態(tài)的單奇子之上,全部的信息態(tài)效應(yīng)能量作用在全部物質(zhì)粒子上,由于每一次互變成信息態(tài)時(shí)所產(chǎn)生的效應(yīng)能量是恒定不變的,因此由此能量所導(dǎo)致的物質(zhì)粒子的運(yùn)動(dòng)速度,就只能是以一個(gè)不變的速度運(yùn)動(dòng),而這個(gè)速度就是光速 c。

光速恒定不變,甚至不為光源的運(yùn)動(dòng)所影響,原因在于：當(dāng)單奇子進(jìn)行統(tǒng)一互變時(shí),會(huì)在(10-15/2)s內(nèi)同時(shí)使光子變成非物質(zhì)的信息態(tài)(即波態(tài)光子),而這時(shí)候原先由運(yùn)動(dòng)中的光源所加在物質(zhì)光子(粒子態(tài)光子)上面的初速度瞬時(shí)變成失去了所作用的物質(zhì)對象(粒子態(tài)光子),當(dāng)波態(tài)光子再重新統(tǒng)一互變成粒子態(tài)光子時(shí),作用于其上的只是信息態(tài)效應(yīng)能量,而這個(gè)效應(yīng)能量給予粒子態(tài)光子的速度就只能是 c。所以無論光源的速度多快,光子離開光源時(shí)的一瞬間,會(huì)立即形成一個(gè)化解掉加在光子之上的初速度的信息態(tài)(波態(tài))隔離區(qū),也就是說人們能夠測到的光子,一定是始于一個(gè)初始速度等于零,甚至可以理解為時(shí)間等于零的信息空間之中(當(dāng)然,這樣的理解無非是做一個(gè)極端的想象),所以在實(shí)測光子的運(yùn)動(dòng)速度時(shí),光源給予的初速度完全被單奇子統(tǒng)一互變時(shí)所形成的信息態(tài)“屏蔽”掉了。而且,即便光源以光速 c進(jìn)行運(yùn)動(dòng),當(dāng)?shù)谝粋€(gè)光子粒子離開光源才二千萬億分之一秒時(shí)就變成信息態(tài)了,那么在這個(gè)時(shí)間內(nèi),光源頂多也只運(yùn)動(dòng)了150 nm,所以在測量光子的運(yùn)動(dòng)速度時(shí),在粒子態(tài)光子離開光源后到變成波態(tài)光子的一剎那間,對于任何速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于光速 c的光源來講都可以近似于看作是靜止不動(dòng)的,等到波態(tài)的光子再重新變成粒子態(tài)的光子時(shí),這時(shí)光源的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)已經(jīng)和光子的運(yùn)動(dòng)毫無關(guān)系了?？梢?光速恒定不變,完全緣于光子在運(yùn)動(dòng)中,構(gòu)成光子的單奇子具有統(tǒng)一互變的特殊運(yùn)動(dòng)機(jī)理。

實(shí)際上,如果光子粒子接收了外源信息,使之完全變成信息粒子的話,那么它的運(yùn)動(dòng)速度就會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過光速 c,達(dá)到3719c[1]。所以當(dāng)光子的全部單奇子統(tǒng)一互變成信息態(tài)單奇子粒子時(shí),那一剎那的運(yùn)動(dòng)速度就不再只是 c了,而是3719c;當(dāng)信息態(tài)單奇子粒子又互變成物質(zhì)態(tài)單奇子時(shí),會(huì)使信息態(tài)粒子以3719c的速度運(yùn)動(dòng)這樣的巨大能量轉(zhuǎn)化為驅(qū)使物質(zhì)態(tài)粒子運(yùn)動(dòng)的能量,而以這樣的能量作用于物質(zhì)態(tài)粒子時(shí),我們從實(shí)測可知,在這種情況下物質(zhì)粒子的運(yùn)動(dòng)速度最多只能達(dá)到光速 c,或者說只能恒定達(dá)到光速 c。所以我們可以理解為,任何一種物質(zhì) m,使該 m在某一時(shí)間內(nèi)全部轉(zhuǎn)化為信息態(tài)時(shí)所形成的效應(yīng)能量,都最多只能使物質(zhì) m在同一時(shí)間內(nèi)以光速c的速度運(yùn)動(dòng)。

那么我們做一個(gè)假設(shè),如果在光子統(tǒng)一互變?yōu)槲镔|(zhì)態(tài)粒子的一剎那,我們外加一個(gè)同樣的信息能量作用于光子上,也就是說這時(shí)的物質(zhì)態(tài)粒子除受自己互變成信息粒子時(shí)產(chǎn)生的效應(yīng)能量作用外,還額外加上一個(gè)大小相同的信息態(tài)能量作用于它,那么結(jié)果會(huì)怎樣?顯然,這個(gè)光子粒子的運(yùn)動(dòng)速度勢必會(huì)超過光速 c。也就是說,物質(zhì)并不是只能按光速 c的速度運(yùn)動(dòng),關(guān)鍵在于作用于其上的能量,如果一種物質(zhì)受到額外的運(yùn)動(dòng)速度超過光速的信息態(tài)能量作用,其運(yùn)動(dòng)速度就必然會(huì)突破光速c,給出這個(gè)速度的能量由于是單奇子在互變中接受了外源信息而產(chǎn)生突變,完全變成信息粒子時(shí)所帶來的一種效應(yīng)現(xiàn)象,所以我們稱之為效應(yīng)能量。

現(xiàn)在我們有必要來討論一下愛因斯坦提出的質(zhì)能公式與效應(yīng)能量的關(guān)系。我們知道,愛因斯坦在狹義相對論中,基于時(shí)空一體的假說,借助閔可夫斯基空間的數(shù)學(xué)工具,經(jīng)過嚴(yán)密的數(shù)學(xué)推導(dǎo)得出了以下公式：

式中,第一項(xiàng) mc2是靜能,即物質(zhì) m全部轉(zhuǎn)化為能量時(shí)的表達(dá)式,mv2/2是動(dòng)能,這在傳統(tǒng)的牛頓力學(xué)中已揭示。如果把 mv2/2忽略不計(jì),那么公式可以簡約為我們熟悉的

式中,其單位量綱是焦耳,是功的單位。可以把公式看成是

式中,2.99×105km/s2是光速加速度,因此 m·(2.99×105km/s2)是質(zhì)量 m的物質(zhì)以光速加速度運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的力,它的單位量綱是牛頓(N),所以 E的物理意義就是,以 m·(2.99×105km/s2)(N)的力運(yùn)動(dòng)了2.99×105km距離所做的功,單位量綱為焦耳(J)。

不過引入了光速加速度以后,我們要理解 E=mc2的物理意義就出現(xiàn)了問題,因?yàn)橥茖?dǎo)出 E=mc2的數(shù)學(xué)邊界條件是 c不變,為恒定值。也就是說物質(zhì) m(光子)的速度恒為 c。一旦出現(xiàn)了光速加速度,則意味著光子在運(yùn)動(dòng)開始的瞬間其速度必然要經(jīng)過小于 c的值,然后才達(dá)到c,這就違背了光速不變的原則。如果假設(shè)把光速定義為其極限速度恒定為 c,那么在這種情況下,光速從零到c的第一秒內(nèi)可能存在光速加速度?？墒钱?dāng)光子在第一秒鐘后繼續(xù)以光速加速度運(yùn)動(dòng)時(shí),則從第二秒開始光子的運(yùn)動(dòng)速度必然超過 c,這也違背了光的極限速度為 c的原則。反之,如果說光子的速度從零到 c無需時(shí)間,即速度 c是光子與生俱來的固有屬性,光子出現(xiàn)的同時(shí)其速度即為 c,那么,沒有了時(shí)間變化率因素,加速度的概念又從何談起?總之,無論從什么角度來看,都難以理解 E=mc2的物理意義。筆者把這種情況稱之為“光速加速度悖論”。其實(shí)如果質(zhì)能公式表述為 E=mc,也就是改為質(zhì)量為 m的物質(zhì)以光速運(yùn)動(dòng)的動(dòng)量,以kg·m/s作為它的單位量綱,其物理意義就更容易被理解,然而按時(shí)空一體的假設(shè)卻推導(dǎo)不出 E=mc來。

既然按照時(shí)空一體的假設(shè)只能推導(dǎo)出的是 E=mc2,那么就應(yīng)對該公式的物理意義有一個(gè)合理的解釋,即當(dāng)一個(gè)光子從初始運(yùn)動(dòng)速度為零,在瞬間達(dá)到光速 c后,在一秒鐘內(nèi)就運(yùn)動(dòng)了2.99×105km的距離,所以這個(gè)運(yùn)動(dòng)中的光子做的功為 E。這樣的解釋只能在光子的極限速度為 c,且在光子運(yùn)動(dòng)的速度達(dá)到光速 c時(shí)是沒有問題的,不過在達(dá)到光速 c之前后,都必然出現(xiàn)前面所說的“光速加速度悖論”。

在研究質(zhì)能公式時(shí),目的是要了解某一物質(zhì) m所具有的總能量,或者說假設(shè)把某一物質(zhì) m全部分解成光子時(shí),它所具有的總能量是多少?這個(gè)總能量應(yīng)該是物質(zhì) m按光速加速度運(yùn)動(dòng)所做的功呢?還是應(yīng)該為物質(zhì) m以光速運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)量呢?如果說應(yīng)該是做功,那么“光速加速度悖論”無法逾越,如果是動(dòng)量,則按光速不變的原則,雖然一切都順理成章,但卻缺乏學(xué)理根據(jù),無法導(dǎo)出。說到這里我們只能說,時(shí)空一體的假設(shè)并非天衣無縫,無懈可擊,而沒有時(shí)空一體的假設(shè),愛因斯坦就推導(dǎo)不出 E=mc2。

然而不管怎樣,E=mc2已為人們耳熟能詳,物質(zhì)m的總能量這樣一種局限于光速c運(yùn)動(dòng)的總能量往往只有階段性意義,我們更應(yīng)該感興趣的是以信息態(tài)能量速度運(yùn)動(dòng)的效應(yīng)能量。因此把兩種可能的物質(zhì)總能量作出某種區(qū)分：

假如在 E=mc2中把能量定義為 EA,而在 E=mc中把能量定義為EL,則：

有了以上甄別后,就能夠給出效應(yīng)能量 En的計(jì)算公式。筆者在“自然容介態(tài)”一文中基于 EA提出

這里的 E為EA,為絕對標(biāo)識(shí)。

在以上公式中,表示了效應(yīng)能量 En絕對與物質(zhì)能量 EA,以光速為標(biāo)準(zhǔn)的速度倍率 c2和能量釋放倍率時(shí)間 t2有關(guān)系。t2表示了信息態(tài)能量速度同光能量速度(c)所對應(yīng)的倍率時(shí)間。由于不管是信息態(tài)能量的運(yùn)動(dòng)速度,還是光的運(yùn)動(dòng)速度,都是以每一秒所運(yùn)動(dòng)的距離計(jì)算的,所以這個(gè)倍率也稱之為秒速度倍率。由于信息態(tài)能量速度是光速 c的3719倍,所以信息態(tài)能量也應(yīng)該是物質(zhì)態(tài)能量的3719倍。

如果把c2·t2表示為計(jì)算公式中的相應(yīng)倍率系數(shù),則我們可以設(shè)定計(jì)算 En的時(shí)間速度倍率為 Lv=3719,計(jì)算 En的能量倍率為 Ln=3719c,則：

或者

由以上論述可知,并不是物質(zhì)的最大速度真的只能以光速為自己的運(yùn)動(dòng)極限速度,而是物質(zhì)本身的能量只能使物質(zhì)運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到光速c。所以c并不是物質(zhì)的最大速度,而只是物質(zhì)的能量不能使物質(zhì)速度大于 c。要使物質(zhì)的速度大于 c,就必須有足夠的信息態(tài)效應(yīng)能量。這就是說,如果我們的時(shí)光機(jī)有足夠的信息態(tài)效應(yīng)能量En,那么要以超過光速2～3倍的速度截獲并看到過去了的全息影像是可能的。

5 結(jié)束語

2010年9月媒體報(bào)道,斯蒂芬·霍金在其與人合寫的新書《偉大的設(shè)計(jì)》中提出了宇宙的誕生不需要上帝的觀點(diǎn)[8]。盡管霍金禍從口出,引來了世界宗教界的不滿,但筆者認(rèn)為霍金的這個(gè)觀點(diǎn)倒是更容易使人信服,雖然這與幾個(gè)月前同樣是他提出的,乘坐時(shí)光機(jī)可以探究未來的觀點(diǎn)的本質(zhì)是相悖的。可見霍金也在與時(shí)俱進(jìn)。必須指出的是,愛因斯坦無疑是人類有史以來最偉大的科學(xué)巨匠之一,斯蒂芬·霍金的思想威力也早已為世人所知,他們在頂端科學(xué)領(lǐng)域的不懈追求和卓越建樹令人贊嘆!然而在探索宇宙科學(xué)的過程中,由于地球人類受既有認(rèn)知水平、科技能力的局限,只能基于很多的假設(shè),于是偉大如是者們的學(xué)說也就難免會(huì)出現(xiàn)一個(gè)接一個(gè)的悖論。這其實(shí)是正常的,也是必然的。畢竟,他們并非上帝,也沒有全能的上帝。對他們的理論提出一些疑惑或不同看法,并不會(huì)抹殺他們應(yīng)有的光芒,更非對他們不敬。因?yàn)楣P者堅(jiān)信,質(zhì)疑和辨析實(shí)乃人類最重要的天性之一,人類正是在這樣的一個(gè)個(gè)悖論被破解而去偽存真的過程中,增進(jìn)了對宇宙科學(xué)的認(rèn)識(shí)。鑒于此,筆者也冒昧提出本文的一些假說和觀點(diǎn),以求拋磚引玉,為繁榮宇宙科學(xué)探索盡綿薄之力。正如霍金所說的那樣：“對于我們而言,這些答案也許有朝一日會(huì)變得和地球圍繞著太陽公轉(zhuǎn)那么顯而易見——或許也會(huì)變得和烏龜塔一樣荒謬,只有時(shí)間(不管其含義如何)才能裁決”[6]。

(2010年9月29日收到)

[1]林左鳴.自然容介態(tài)——以自然信息為基礎(chǔ)的進(jìn)化機(jī)理假說[J].前沿科學(xué),2010,2.

[2]新浪科技.霍金撰文探討如何建造時(shí)間機(jī)器[EB/OL].http：//tech.sina.com.cn/d/2010-05-05/07424146053.shtml.

[3]百度百科.佯謬[EB/OL].http：//baike.baidu.com/view/710122.htm,2010-9-28.

[4]伊薩克·牛頓.自然哲學(xué)之?dāng)?shù)學(xué)原理[M].王克迪,譯.陜西：陜西人民出版社,2001.

[5]高歌.宇宙演化總論[J].前沿科學(xué),2009,(3)：4.

[6]史蒂芬·霍金.時(shí)間簡史[M].許明賢,吳忠超,譯.長沙：湖南科學(xué)技術(shù)出版社,2007.

[7]趙展岳.相對論導(dǎo)引[M].北京：清華大學(xué)出版社,2002.

[8]美聯(lián)社.霍金認(rèn)為宇宙誕生沒上帝啥事[N].參考消息,2010-09-04.

(責(zé)任編輯：溫文)

What to See by the Time Machine of Hawking LIN Zuo-ming

Professor,Aviation Industry Corporation of China,Beijing 100022,China;Beihang University,Beijing 100083,China

Discovery can be made by studying the concept of time and space in the theory of Rong-jie state which is based on information,that time is a sort of measure for the movement from initiation to termination and is a spatial concept which is continuously incremental with the movement and cannot flow backwards.Substance space is in motion,moving for expansion or contraction only in a straight line(or radial direction);Time and space does not exist in one form.Time is not the higher one within the three-dimensional material space.Characteristics of unity and change about singulars in photons not only determines the speed of light,but also determines that the energy of matter can only make the movement of substance reach the speed of light.However,as particles in photon absorb information and completely turn into particles of information,its speed will be far more than the speed of light;the effect energy moving in the speed of information energy can make the movement of material faster the light speed.Conclusion：humans can not pass through time and space to reach the future or the past,but can catch the information images of passed things by flying beyond the speed of light.

time,space,information image,beyond of light speed,effect energy

10.3969/j.issn 0253-9608.2010.06.009