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1、相对论的推广及当代宇宙及物理学前沿难题的解决方案2003,1月公布于潜科学网站（)前言 物理学发展到今天，似乎成了数学或者哲学。超光速、虚质量、黑洞及类星体的提出对相对论的传统框架提出了严重挑战；大爆炸理论的一声巨响，让原有的宇宙秩序消失殆尽；于是高纬空间论、P膜理论、超弦论风靡全球，使得前沿科学变成了真正的玄学。宇宙学、物理学与哲学都陷入前所未有的混乱，人类正面临着有史以来最大的困惑。本文旨在引入空间背景观和宇宙多样性原理，对当今科学前沿所遇到的一些问题作一个似乎合理的解释；给目前混乱的宇宙图景重建一个新的秩序；给基础科学研究指一条或许更行得通出路。 上篇：三个基本观点 一、宇宙三要素 ：我
2、们生活在一个真实可感宇宙中，并非在一张奇怪虚幻的膜上。宇宙时空是四维的，正如你的感觉一样，即由三维空间与一维时间所构成。宇宙是固有的存在，没有开始，也没有结束。时间、空间与物质是构成宇宙的三要素。时间无始无终；空间无边无际，物质无穷无尽。时间具有不可逆性；物质具有同一性（宇宙中所有的天体与物质都是由全同的原子、分子等微观粒子构成的，这是我们能对宇宙间其他天体进行研究的基础）；空间具有不均匀性。 二、空间背景观 空间是客观存在的，并不虚无，它有着自身内在的物理性质；我们把这种内在物理性叫做空间的本征性质；为强调起见我们有时又把空间叫做空间背景。光是一种特殊的物质，它折射出空间的内在物理性质；光在
3、其运行过程中不断与空间背景相互作用；光速就是这种相互作用的结果。空间性质决定了光在其间运行的速度；光在空间某一点的速度是该点空间本征性的具体表现。也就是说，当我们直接测量光速的时候，我们也在间接测量空间的本征物理性质；也就是说，原则上光速是一个时间与空间的函数，不同的空间本征性质对应不同的光速；这样，当我们谈论光速时原上只有说明是空间某一点在某一刻的光速才是有意义的。宇宙空间某一点在某一时刻的光速我们称之为当地光速。 三、空间多样性原理：宇宙空间是连续但不均匀的，是一个由不同性质的空间区域共同构成的连续的整体；或许宇宙空间在大体上是均匀，而在局部存在着不均匀性，就象是一块巨大的蛋糕上撒了些不同
4、种类的葡萄干。这种不均匀性决定了宇宙空间性质的多样性质，而正是空间的多样性造就了我们这一个丰富多彩的宇宙。 对于广而大的宇宙而言，均匀是相对的，不均匀才是绝对的。也就是说，对整个宇宙来说光速并非一个常数；它有一个取值范围；即：光速大于或等于零，小于或等于无穷大。 空间按光速大小可以分为五种类型： 1、光速无限接近或等于0； 2、光速大于0小于地球光速，或叫亚地光速区； 3、光速等于地球光速； 4、光速大于地球光速小于无穷大，或叫做超地光速区； 5、光速无限接近或等于无穷大。 人们在地球上甚至在太阳系内观测到的光速不变性不能应用到整个宇宙。相对论以往的成功只是说明这样一个事实：迄今为止，人们通过
5、测量证明了在太阳系内空间的本征性质是均匀的；也就是说，在这个范围内每一点光速是相同的。也正是这种大范围内光速相同的共性使得人们忽略了光速的空间差异本质，事实上我们的所有对光的观测，都是在地球运行轨道的某个点上进行的；对整个宇宙来说，光速不变是相对的，是有条件的；变是绝对的，变包括两个方面，一是同一空间点的光速随时间改变，二是同一时间光速因空间位置的变化而改变。 爱因斯坦把光速不变这一有条件的物理现象抽象化、绝对化，并把它上升为普遍性的原理无限外推到整个宇宙是必然错误的，自然理论的矛盾与危机也就不可避免。 中篇：几个与当前科学难题相关的推论 推论一：光速不变的本质与相对论的推广 光是自然界中一种
6、奇特的物质，它从侧面折射出宇宙的内在规律。人类科学的发展进程的历史实际上也是一个对光这种特殊物质不断认识的过程。对于一个相对于观测者运动的光源，牛顿的经典理论认为光的最终速度是光速与这个相对速度的叠加，而爱因斯坦的相对论则认为光的最终测定的速度与相对运动无关。光速的变与不变是牛顿经典理论与爱因斯坦相对论的分水岭。牛顿强调变，实验证明了他的错误；爱因斯坦断言：光速一定不变，而且进一步推而广之：光速是宇宙中速度的极限，任何物质的运动都不能超越光速。我们认为这一论断也是非常先验的。在爱看来时间可以变,空间可以变，质量可以变,什么都可以变,只有这光速才是宇宙中唯一永恒不变的东西。实际上爱因斯坦并没有搞
7、清楚光为什么会不变。爱因斯坦在建立相对论理论时用的是拿来主义；是把迈克尔光速与光源运动无关的实验结果上升为光速不变的普适性原理。这是相对论给后世留下的最大的漏洞。 我们认为牛顿与爱都在光速上出了错；他们都没有考虑空间的物理性质，认为光是在虚空中运行。都把空间的性质剥夺得一无所有。根据空间本征性原理，空间背景是真实存在的，光在空间某一点的速度决定于该点空间的本证性质。也就是说光与空间背景中存在着某种相互作用；光的速度是这种相互作用的结果，是该点空间本征性质的反映。所以当我们测量光速时，我们实际上在间接测量空间的本征性质。既然空间本征性质是客观实在的，它就与人们是否对它测量，或者以怎样方式的它进行
8、测量是没有关系的。光在传播过程中的历史记录与最终被测量的结果没有关联。也就是说不管光线来自何方，不管产生光的光源是运动的还是相对静止的，当这束光线到达某一空间点的时候，它已经取得了这一点空间本征性质所对应的速度；速度的大小取决于该点的空间性质，与它的历史状况完全无关。这样，所谓“光速不变性原理”实际上表达的是空间本征性质与测量无关这样一个最简单的是客观现实。 对于整个宇宙而言，爱因斯坦的相对论应稍作升级：空间的本征性质不会随人们的测量方式而改变，空间性质对物体的运动产生约束，一切有型物质运动的速度都不能超越当地光速。这就是我们的第一个结论： 光速不变性原理是空间本征不变性的直接推论。 推论二：
9、存在着一个以空间背景为参照物的绝对坐标系 我想这个结论是非常明显的，以空间背景为参照系对宇宙间所有物体运动的描述是独一无二的。 推论三：没有真正意义上的超光速，宇宙中也没有虚质量的位置 相对论断言地球光速是宇宙间速度的极限，任何物体运动都不能超越地球光速。人们热衷于超光速有两方面的原因：一是有些天文观测的迹象表明在一定环境下，超光速现象有存在的可能性；二是，超越光速的极限，在无边无际的星空间自由翱翔，的确真是人类一个由来以久的梦想。根据宇宙多样性原理，我们认为超越地球光速的现象在宇宙中是普遍存在的，但真正意义上超越当地光速的情形也是不会有的。这里还有一个结论，在人们有能力改变空间本征性质以前，
10、在地球上搜寻超光速的一切努力都将是徒劳无功的。 人们既希望超越光速，又不愿意损害爱因斯坦的理论体系，于是引入了虚质量的概念。这一观点认为，在我们这个真实的宇宙外存在一个虚的宇宙，它的特点是质量是一个虚数，那里所有的东西的速度必须大于光速，光速也是它们的极限，它们无法以小于光速的速度运行，这样的宇宙人们又叫做快宇宙。在能量上实宇宙与虚的宇宙是统一的，但你必须接受一个难以接受的感觉：比如说有一个物体的重量为虚的一公斤。我想这违背了起码的物理常识。在下认为虚质量是不存在的，它不过是相对论的一个没有事实对应的虚数解；所有物理规律，人们大都可以找到它的数学模型；但并非所有的数学结论都对应一个物理事实。我
11、们以为虚质量只是相对论的怪胎之一。 推论四：类星体只是一些处于超地光速区域的普通星球 类星体是射电天文学观测的结果。它的特点是红移特别巨大。根据哈普定理：红移越大，相对地球退行的速度也越大，离地球也就越遥远。这样，类星体就被解释成一个远离地球、且相对地球高速退行的天体。从而引发了远距离与大能量的矛盾。 我们推测：类星体或许离我们不太遥远，或许也不高速退行，它们只是一些处在超地光速区域的普通天体。我们进行一个假想实验：考察两个全同氢原子的同一物理过程。这两个原子一个在地球上的实验室里，一个在某个超地光速区域的天体上，他们均从能级跃迁到能级；且它们发射的两个光子均被我们的仪器检测到。 在地球实验室
12、中： =c/ (1) 在超地光速区的天体上，这个光子产生时（根据量子理论与宇宙同一性原理）它的初始频率与地球上是一样，即 = (2) 但由于处在不同的空间背景下，其初始光速类与地球光速不同，因此其初始波长也不同，为 =c/=c/ (3) 该光子要穿越不同的空间背景运行。它在到达地球时获得了地球上的光速。但由于与空间背景交换能量，它的最终频率发生了变化。这在地球上可以测量得到，这个频率减小了，向红段发生了移动。既然光子在穿越不同时空区域时其频率必然发生改变，我们不如大胆假设一下其波长并未改变。光子是通过改变自身频率来适应空间性质的变化。也就是说，速度的变化源自频率的改变。这样就有： Z=/=/-
13、1 (4) 代入(2)与(4)式，我们得到 Z=C/C-1 (5)或 C=(1+Z)C (6) 从(5)、(6)中我们可以看到光速差异产生了视觉红移。当某一天体处于倍于地球光速的超地光速区时，其红移值为。这个红移值是相当大的了。这样的天体应当就是一个类星体。在这里我们完全没有考虑相互之间的相对运动，我们引入了一种产生红移的新机制：空间性质的差异导致视觉红移。我们认为这是产生巨大谱线移动的一种可能途径。 推论五：黑洞不必有奇点 黑洞是宇宙中最奇特的天体，理论预言了它的存在，观测间接的发现它就在我们的视野中。黑洞有个奇点，那里是科学的终结。 我们认为，黑白两洞是宇宙多样性原理的必然产物。空间提供物
14、质运动的条件，空间对物质的运动也产生约束。一切有行物质运动的速度都不能超越当地光速。这是我们的上面的第一个推论。根据宇宙多样性原理，宇宙中存在着这样一些区域，那里的当地光速无限接近或等于零。在这些区域内，空间的本征性质极大地约束了物质的运动，一切已知的运动形式趋于停止，光线也毫不例外，因为当地光速为零。我们认为，这些空间区域就是黑洞，但它们不是一个引力无限大的数学奇点，而是一个物质运动被极端约束的有限空间区域。这样的区域具有黑洞的所有性质，但没有奇点。 当光速过度到无穷大时，也许就是人们所期待的白洞的所在。 推论六：是光速变慢了，并非空间变弯了 广义相对论讨论的是空间弯曲的情行。认为由于引力等
15、因素的存在，空间变得弯曲了。黑洞就被解释为空间无限弯曲，弯曲得光线老在里面打转而无法逃逸出来。这样做的目的，无非也是为了维护爱因斯坦相对论光速永远不变的权威性。我们认为，是光速变慢了，并非空间变弯了，尽管光速变慢与空间变弯的结果应是一致的。 推论七：超越光速的可能性依然存在 谁能改变空间的本征性质，谁就能最终超越光速的极限。 推论八：所谓暗物质或许就是存在空间背景上的能量 下篇：验证的途径及宇宙学上的结论 一检验这一理论的方法： 1、寻找巨大蓝移：传统大爆炸理论断言，大约200亿年前，由于一次非常偶然的扰动，宇宙从一个密度无限大、体积无限小的数学点上喷发而出，然后象气球一样膨胀，天体相互背离而去，于是产生了多普勒红移。在这一模型中可以存在小的蓝移，而巨大蓝移则不能出现，因为总不能说有些天体高速背离而去，而有些却高速相向而来。这样的模型是毫无规律可言。根据宇宙多样性原理，宇宙中完全有理由存在着这样一些亚地光速的空间区域，那里的光速远远小于地球
