聊聊狭义相对论-第31章
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可以说，数学和物理学都是建立在一系列的假设的基础上的。比方说，几何学的公设，就是它的基础，而也是人为地规定的，你可以通过规定不同的公设，严格地建立起不同的体系，它们是平权的，不能说我的就对，你的就错。在数学中，一旦有了基础，只要你之后的推理是符合逻辑的，没有互相矛盾的，那么这就算一个正确的、有效的体系了。
但物理学不同，它必须得符合客观世界！（例如，你假定光速对于任何人来说都是一个常数是吧？那如果这跟客观世界相悖了，那这个假设就得淘汰！）但我们理论的基础假设呢，却是由我们主观根据经验来确定的！这就可能有矛盾了！主观的不见得就一定和客观的相符！客观只有一个，而主观则会由于不同的人会出现不同！所以很有可能我们的假设是存在问题的！例如以太这样的假设，它是我们主观想象的。
而只要假设出现了差错，也就是基础出了问题，那么整个体系肯定就会有不对之处了！可能它是处于一个比较明显的位置，人们很快就发现了，于是这个理论便夭折。比方说，洛伦兹的假设。但也有可能它是隐藏在一个很小很小的角落里，因为它超出了当时人类的认知范围，所以人们在很长一段时间都没有注意到它，于是，这个理论就成为了那个时代的真理了。比如说绝对时空观。
从这个角度来说，老祖宗的“时势造英雄”是非常有道理的。人类的认知永远具有时代局限性。就算你在2007年发现了3007年的理论，但在它现今的时代也是无法生存的！因为人们根本就不屑一顾，它可能远远超过了我们的社会发展，从而我们根本就用不上！想象一下，在牛耕时代，你拿量子理论去跟他说会有什么作用呢？
除非你所有的出发点——假设是正确的，否则就不能成为一个绝对正确的理论！
但不幸的是，这样的几率太小了！我们人类有史以来都没有遇到过！当然，不排除以后会遇到的可能。
接下来，我将简单说说狭义相对论在假设方面所遇到的挑战。而对于它的那些结论、推理过程和逻辑结构方面的挑战，我就不说了，有兴趣的读者可以自己去了解一下。
我之所以要聊聊狭义相对论这方面的内容，目的是为了让大家明白这样一个道理——我们很难找到一个完美的理论，狭义相对论也存在着一些不太让人满意的地方，但在对那一个时代来说，它还是具有很大的积极性的。我们应该辨证地看待狭义相对论，推而广之，更要辨证地看待一切物理理论！
这也是我们应该具备的科学素养。
好，我们继续前进。
在狭义相对论中，沿用了牛顿力学关于“刚性量杆”服从欧几里得几何的假定。
欧几里得几何是我们熟悉的几何了。但是，前面我们也已经说过了非欧几何，事实上，只要改变欧几里得几何的第五条公设，我们是可以得到与之不同、却又同样是正确的新的几何体系，像黎曼几何就是其中的一种。为什么可以这样呢？因为虽然我们的基础（公设）不同了，但我们的逻辑推理过程一样是合法的！所以，这在数学上是平权的！也就是说，不仅仅只存在一种几何学，相反可以有很多种！
但在这里，你主观地选择了欧几里得几何！况且你又还没有知道究竟哪个几何才是真正合适的！凭感觉乱抓一个，这就有点说不过去了吧？！
打个比方说，你要从这里的A地去B地办点事情。而现在，连接A地总共就有10条道路，你在未知哪条路可以通向B地的情况下，你怎么可以说正东方向的那条就是行得通的呢？
是吧？
狭义相对论在这条假设上显得有些先入为主了。
再来看另外一个。
狭义相对性原理说到了惯性系的问题，但有点黑色幽默的是——
狭义相对论却无法解决惯性运动和惯性系的起源问题！
而光速不变原理也同样地遭遇了一些尴尬。
光速不变原理说：在所有的惯性系看来，真空的光速都是一个常数c。
这有实验证据支持吗？
没有！
所有的实验都只不过证明了双程光速如爱因斯坦所言，而从来都没有证实过单程的就是这样！
也就是说，所有的实验中，包括麦克尔孙…莫雷实验，光都是一来一回的！它从A处出发，到了B地就折回来，最终还是回到A处。这是双程的！双程的光速不变！
但是对于单程的呢？单是从A地到B地的呢？从来就没有实验证明过！
在这里，爱因斯坦假设了单程的光速也是不变的！
如果，这个假设跟客观现实有出入了，那狭义相对论就将面临着极其难堪的局面。
以上三个假设要素让我们感到狭义相对论的基础确实不太坚实。而且只要一有实验证实不是这样的话，那么狭义相对论的麻烦就接踵而来了。
除此之外，超光速问题也一直在试图揭开狭义相对论的伤疤，我们就来看看。
近年来，有关超光速（faster than light，Superluminal speed）的报道屡见不鲜，不断地冲击着我们的眼球。
1991年，意大利国家电磁波研究院的研究人员将一束微波通过波导管，发现随着波导管的加长，有一部分微波以超光速穿过了导管。
奥地利维也纳技工大学也在一实验中发现不管势垒有多厚，光子穿越其时间都是固定的，这就意味着超光速的存在。
2000年7月，美籍华裔、美国新泽西州NEC研究所的王利军在《自然》（Nature）杂志上发表了更加惊人的实验结果——利用铯原子气体的反常色散现象，可以使得激光脉冲群速度达到真空光速的310倍之多！
而通过利用洲际的甚长基线干涉测量（Very Long Baseline Interferometry；VLBI。这种射电干涉测量是1967年在加拿大和美国几乎同时实验成功的，而中国也在1981年11月27日至29日与西德成功进行了测量。），科学家在1977~1980年间观测到类星体3C273的射电喷流的切向速度竟然约相当于光速的10倍！而其他类似的射电源膨胀速度超过光速的例子也十分常见！
这一些惊人的实验不断地向狭义相对论发起了非难。
前面我们也已经说了，洛伦兹变换式里面的那个根式因子要求我们——所有物体的速度不得超过光速！而且，在后面的讨论中，我们也看了你要是想以光速驰骋天下的话，你必须付出代价——你的静止质量为零！就像光子那样！
但是，现在一大堆的事实摆在了面前——存在超光速！
“打倒狭义相对论！”“可以超过光速是我们每个人的权利！”“严正谴责狭义相对论的非法剥夺公民正当权利的行为！”……
口号都喊到家门口了！
看来难逃此劫了！万劫不复！
爱因斯坦永远都是那么的镇定自如，他拿开嘴里的烟斗，冷静地说——
其实，在狭义相对论里面，所要求的只不过是——信号的传递速度不可超过光速！也就是说，所有携带了信息的物质的运动速度必然不大于光速c！现在，我们必须把前面的认识再提高到这个层次，知道了吗？
事实上呀，这个世界还是有很多“超光速”的事物来的！比如一些声波的相速度就超过了光速，不过它却是没有负载信息的！而再例如一些物质波的相速度也是超过光速的，不过它也没有携带任何信息！而像上面的王利军的例子，那个激光脉冲群速度，甚至是光速的310倍，呵呵，它还是传递不了信息！所以说——
除了那个类星体的例子，上面这些所谓的超光速现象还是没有对狭义相对论构成任何威胁！因为，狭义相对论要求的是信息的传递速度绝对不可逾越光速！违者格杀勿论！其余不带信息的睁一只眼闭一只眼对待。
那，类星体的那个例子又该如何解释呢？
现在，天文学家已经比较认同了这种解释——视超光速运动。
为了可以更具有说服力地说明问题，我们跟随着天文学家的思路，实际来计算一下，看看是否行得通。
好，假设图中的O点就是一个类星体。现在，它喷出了一堆高速物质，这个喷流呢，就从O点出发，咄咄逼人地以速度v向着P点狂奔而去。而OQ呢，就是我们的视线方向，也就是说我们在地球是沿着这个角度去看类星体的。OQ和OP的夹角就设为θ吧。还有OP的长度为r，OQ长为x，而与OQ垂直的PQ长度则是y。
那么，很简单的是，在直角三角形中，有这样的结论，
x=rcosθ
y=rsinθ
那么喷流从O移动到P所花费的时间就是
t=r/v
想象一下，在O点发出的光线需要走过x的距离之后，再接着来到观测者眼中，而P点发出的光线（到达观测者）则会比O点的光线少走x那么长的距离。对吧？
好，那么在地球的你看来，喷流从O点走到P点所用的时间应该是
t’=t…x/c
因为你肯定是相信自己的眼睛的，那就是按照光进入你视野的时间差来算！O点的光线进入了你的眼睛之后，再过t’时间，P点的光线也来到了“眼前”（但实际上并不是，所以这是视时间）。
好，我们把x=rcosθ代入上式中，于是得到
t’=r/v…rcosθ/c
尝试提个r/v公因式出来，当然，这样做的目的是为了后面容易观察、处理，
t’=（r/v）（1…γcosθ），这里的γ=v/c。
而且在你看来，喷流应该是从Q点走到P点的（可以明白吗？再想想，要从你自己所看到的角度出发！），所以，喷流的视速度是
v’=y/t’=（rsinθ）/＇ （r/v）（1…γcosθ）＇=vsinθ/（1…γcosθ）
OK！接下来，我们来讨论一下，视超光速是怎样产生的。
当v远远小于c的时候，γ就相当接近于零（有点像狭义相对论中的讨论，不过，却是决然不同的两回事！），那么视速度v’就近似为vsinθ。这是接近真实结果来的。但当v和接近于c，结果就大相径庭了！只要你算一下，就会发现，视速度v’甚至可以大于光速！
这就是视超光速产生的原因了！
我们可以来具体算一算。
假设喷流在O点的光线经过100年到达Q点。而v很接近于c，喷流经过101年后到达P点。设θ等于8度，而PQ长为14光年。
Q、P到观测者的距离差异就忽略不计了，因为这点差异跟那些距离比较起来，就是“小巫见大巫”了！
呵呵，这在观测者看来，喷流仅仅用了1年就从O来到了P！ 而PQ距离只不过是14光年！算一下，结果的速度是多少？光速的14倍！
能够大肆宣称你发现了超光速了吗？
肯定是不能的！
“横看成岭侧成峰，远近高低各不同”，要知道，“看”到的未必就是正确的呢！
“眼看”未必“为实”呀！
不要忘记，世界杯球场上，由于裁判跟你们的视角不同，可能有些判罚结果会相差十万八千里呢！
而视超光速的产生与
