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愛(ài)因斯坦之后物理學(xué)的狀況及其革命性因素
（作者未知） 2009/7/28
（接上頁(yè)）能找到更為基本的對(duì)鐘手段，或者通過(guò)其他途徑，來(lái)檢驗(yàn)光速不變所包含的假定，是有待于科學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步發(fā)展來(lái)解答的基本問(wèn)題。因?yàn)楣馑俨蛔冊(cè)硎乾F(xiàn)代物理學(xué)的柱石之一，解決這個(gè)問(wèn)題難度較大，影響深遠(yuǎn)，結(jié)果到底如何，人們將拭目以待。
60年代以來(lái)，有人提出了超光速粒子的新課題，他們稱(chēng)這種粒子為“快子’。超光速理論工作一般從狹義相對(duì)論出發(fā)，將其推廣，求得既適合于慢子(低于光速的粒子)和光子，又適合于快子的相對(duì)論理論。據(jù)理論上的推測(cè)，快子具有奇異的物理性質(zhì)。它的質(zhì)量是虛數(shù)，它的速度將隨能量的耗散而無(wú)限增加，當(dāng)它的能量趨于零時(shí)，則速度趨于無(wú)窮大�？熳右坏┊a(chǎn)生，就具有大于光速的速度。要使它的速度減小，必須供給它能量。如要減小到光速，則必須供給它無(wú)限大的能量才行，因此其速度不可能減小到光速或低于光速�？熳拥呢�(fù)能問(wèn)題是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題。由于負(fù)能量的出現(xiàn)，將意味著任何一個(gè)物理系統(tǒng)，因?yàn)榭赡軣o(wú)限地釋放快子而處于不穩(wěn)定狀態(tài)，系統(tǒng)將無(wú)限地增加自己的能量，從而導(dǎo)致永動(dòng)機(jī)的出現(xiàn)。而且，更為使人驚異的是，即使無(wú)限地產(chǎn)生快子對(duì)，也不會(huì)破壞能量動(dòng)量守恒定律，同時(shí)也不會(huì)改變真空中的總能量。另外，根據(jù)洛倫茲變換，快子從一個(gè)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到另一個(gè)坐標(biāo)系的過(guò)程中，可能改變時(shí)間的順序，即時(shí)間倒流。這樣一來(lái)，也許就要出現(xiàn)像打油詩(shī)“年青女郎名葆蕾，神行有術(shù)光難追，快子理論來(lái)指點(diǎn)，今日出游昨夜歸”所描繪的“奇跡”。這兩個(gè)困難問(wèn)題雖然可以借助二次說(shuō)明原理(即應(yīng)該將一個(gè)具有負(fù)能量的粒子看作是先被吸收，然后再發(fā)射，這樣一來(lái)，負(fù)能量與時(shí)間倒流和正能量與時(shí)間順流的物理意義完全一樣，因而變換坐標(biāo)系后物理定律依然不變)來(lái)解釋?zhuān)](méi)有解決不變的因果律的問(wèn)題。另外，快子有可能以無(wú)限大的速度傳播，因而假若存在著快子，就可能瞬時(shí)傳遞作用信息，似乎又可能回到“超距作用”論的概念上去。不過(guò)，近10多年來(lái)，雖說(shuō)在理論方面和實(shí)驗(yàn)方面都作了不少的工作，但至今尚未取得重大突破。要使快子理論與現(xiàn)代物理學(xué)理論協(xié)調(diào)起來(lái)，還需要克服相當(dāng)多的困難。不過(guò)，這卻有可能迫使人們跳出目前的理論框架，克服早已習(xí)慣了的觀念，從而產(chǎn)生巨大而深遠(yuǎn)的影響。
相對(duì)性原理是狹義相對(duì)論的另一個(gè)基本原理，它認(rèn)為一切慣性系彼此等價(jià)，沒(méi)有任何實(shí)驗(yàn)?zāi)艽_定那個(gè)更為優(yōu)越。但是，作為現(xiàn)代宇宙學(xué)兩個(gè)理論基礎(chǔ)之一的哥白尼原理(另一個(gè)是廣義相對(duì)論)卻要求，存在著描述宇宙演化的宇宙時(shí)標(biāo)和宇宙空間的標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)，典型星系或星系團(tuán)在其中的分布是均勻各向同性的。宇宙背景輻射和各向同性的發(fā)現(xiàn)等大量觀察資料都支持把哥白尼原理作為描述宇宙大尺度行為的基本原理。于是，宇宙時(shí)標(biāo)就是相對(duì)優(yōu)越的時(shí)標(biāo)，它描述著宇宙的演化，而相對(duì)于這個(gè)時(shí)標(biāo)的同時(shí)性在宇宙演化上具有本質(zhì)的意義。典型星系或星系團(tuán)均勻各向同性的空間就是宇宙背景空間，它相當(dāng)于一個(gè)優(yōu)越的坐標(biāo)系�？梢酝浦�，若在相對(duì)于該坐標(biāo)系以某一速度運(yùn)動(dòng)的參照系上觀測(cè)星系，就會(huì)發(fā)現(xiàn)它們的分布不是均勻各向同性的，因此原則上就有可能測(cè)出運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系相對(duì)于優(yōu)越背景空間的速度。現(xiàn)在，已有人測(cè)出地球相對(duì)于各向同性背景輻射(優(yōu)越的背景空間)的速度為每秒數(shù)百公里，這和地球相對(duì)于典型星系或星系團(tuán)的速度是基本一致的。眾所周知，作為整個(gè)相對(duì)論物理學(xué)根基的狹義相對(duì)論，恰恰否定了牛頓的絕對(duì)時(shí)間和絕對(duì)空間，否定了同時(shí)性的絕對(duì)性。雖然宇宙時(shí)標(biāo)和宇宙背景空間的概念并不是牛頓的絕對(duì)時(shí)間和絕對(duì)空間，相對(duì)于宇宙演化的同時(shí)性也不是牛頓意義的同時(shí)性的絕對(duì)性，但在概念的物理意義上畢竟有可以比擬之處。這表明，狹義相對(duì)論的時(shí)間、空間概念以及慣性運(yùn)動(dòng)和慣性系的概念，還有相對(duì)性原理本身，在宇觀尺度上統(tǒng)統(tǒng)不再成立了。這樣一來(lái)，對(duì)于這個(gè)宇宙背景空間上的局部引力現(xiàn)象的更精確的描述就應(yīng)以宇宙學(xué)原理為基礎(chǔ)，而不應(yīng)當(dāng)以廣義相對(duì)論為基礎(chǔ)。這意味
著相對(duì)論在宇觀尺度范圍內(nèi)必須從根本上加以改造。
愛(ài)因斯坦為了在相對(duì)性原理(意味著一切慣性系平權(quán)，沒(méi)有優(yōu)越的慣性系)和光速不變?cè)?指光速在“空虛空間”中不變)上建造他的狹義相對(duì)論，他就沒(méi)有必要再保留以太概念。但是，空虛空間的概念畢竟是一個(gè)令人困惑的概念，愛(ài)因斯坦本人在建立廣義相對(duì)論時(shí)，也認(rèn)為空虛空間是不可思議的，為此他賦予空間以物質(zhì)的內(nèi)容，引入了所謂的“相對(duì)論以太”。但廣義相對(duì)論并非狹義相對(duì)論的簡(jiǎn)單推廣，所以狹義相對(duì)論中的“空虛空間”是一個(gè)幽靈。愛(ài)因斯坦后來(lái)想在統(tǒng)一場(chǎng)論中解決這個(gè)問(wèn)題，但他的宿愿未能實(shí)現(xiàn)。1929年，狄喇克在解決相對(duì)論性電子理論產(chǎn)生的負(fù)能困難時(shí)，提出了一個(gè)基于新的真空?qǐng)D像的解決方案。原來(lái)，空虛空間即真空并非一無(wú)所有，而是所有的負(fù)能態(tài)都已填滿(mǎn)，所有的正能態(tài)都未被占據(jù)的最低能態(tài)，它作為一種普通存在的背景并沒(méi)有可觀察效應(yīng)。因此，真空不再是絕對(duì)的虛空，而是—種充滿(mǎn)了物質(zhì)實(shí)體的存在形式，這就給愛(ài)因斯坦的“相對(duì)論以太”描繪了一幅實(shí)在的圖（未完，下一頁(yè)）
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