為什麼光速恆定無法超越?或許這就是一個宇宙牢籠

為什麼光速恆定無法超越?或許這就是一個宇宙牢籠

電影《楚門的世界》劇照

首先,我們從一部電影《楚門的世界》說起,楚門是一個標準的中產階級,他生活居地是一個美麗如桃源勝地的小島,他有一份穩定的工作,一份不錯的收入,一個溫柔美麗的老婆,一個和諧的生活圈子,他的一切看來似乎很完美,是很多人做夢都想要的生活。

為什麼光速恆定無法超越?或許這就是一個宇宙牢籠

電影《楚門的世界》中楚門生活的小島

但很可惜,楚門也沒有得到,因為所有的這些都不是真實的,他所生活三十年的小島竟然只是一個巨型的攝影棚,一個全世界最大的報影棚,自從他出生之日起,他的日常生活、瑣碎小事就已通過衛星傳送到全世界的電視上, 24小時不間斷實時轉播。

為什麼光速恆定無法超越?或許這就是一個宇宙牢籠

在這個世界裡,除了他,其它的一切都只是節目中的道具或演員,包括他的朋友、他的父母,他的妻子。直到有一天,他開始懷疑周圍世界的真實性,於是他想盡辦法去試探,去逃脫,最終,他找到了事實的真相,導演將一切都設計得近乎完美,近30年裡牢牢地把楚門控制在海景的超現實世界之中。

當楚門想要逃出這個巨大的攝影棚的時候,一切障礙都出現了:

搭乘電梯的時候發現電梯無法上升;

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楚門開始準備離開桃源鎮,購買飛機票時發現牆上貼著飛機中閃電的圖上寫著“It could happen to you”;

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搭乘汽車時,汽車無法發動,所有乘客木頭般下車;

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自己開車出離桃源鎮,所有汽車在他出發的那刻瞬間出現擁擠道路,換另一條路就是山火;劇組為阻擋他還製造了一出“核洩漏”;

最後他終於躲避鏡頭,開著船出發了。導演為了讓楚門還能回來桃源鎮安定“生活”,在海上甚至製造最高級別的暴風浪和閃電試圖挫敗楚門離開桃源鎮的慾望;

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但是楚門像一個叛逆的孩子卻愈加勇敢,最終行駛的船突然插入一堵偽裝成藍天白雲的牆裡,他憤恨地撞擊捶打著這堵牆。隨後他沿著這堵牆走發現了樓梯,發現了出口,他勇敢堅定地踏出了Christof為他製作的桃源鎮。

涉及時空循環的作品有很多,《土撥鼠之日》、《恐怖遊輪》、《蝴蝶效應》、《記憶碎片》、《源代碼》、《禁閉島》、《一日囚》、《初戀50次》……

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西西弗斯的神話是人類心中永恆而原初的恐懼。

逃出不去的時間成為了無限的循環,逃不出去的空間就成為了《楚門的世界》。



電影帶給我們的有很多啟示,但是如果深入思考一下,就會發出疑問,我們人類是不是生活在一個巨大的攝影棚裡呢?而光速就是防止我們離開的牢籠?

神奇的光

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它從虛無的深空中疾馳而來,它為地球導演了一場日夜交替、四季輪迴的演出,它用能量催生了萬物、哺育著萬物,它是我們存在的證據,它就是光!

光是如此的神奇,但是光又是如此的殘酷,因為根據相對論,所有物體的運動速度都不能超越光速,而光速居然是一個恆定值!這意味著,所有物體都不可以超越這個數值c=299792458米/秒。

光真是宇宙中最神奇的現象!

光是電磁波

為什麼光速恆定無法超越?或許這就是一個宇宙牢籠

1865年,詹姆斯·克拉克·麥克斯韋(James Clerk Maxwell,1831〜1879)從電磁感應與LC振盪現象中得到啟發,通過引入位移電流,建立了他的“交變電磁場理論”,即變化的電場產生磁場,變化的磁場產生電場,這本是經典電磁學普通的電磁感應現象,但他將這種現象推廣到“電磁感應傳遞”中去後,指出:開放LC振盪電路會發出一種叫“電磁波”的東西,它可以傳遞LC振盪電路所發射的能量,這就是他赫赫有名的“電磁波理論”;同時,他首先宣佈:“光也是一種電磁波”。

光速恆定

根據麥克斯韋方程組,計算可得:

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光速竟只與真空介電常數和真空磁導率有關,如上圖所示,它是一個恆定值。

麥克斯韋給出確定值卻沒給出參考系,人們只好設定“以太”作為光的傳播介質,但之後證明“以太”不存在,故愛因斯坦直接假定光對所以慣性系速度恆定,並得出相對論且符合得好。

於是人們接受了相對論這一假設,即光速恆定獨立於任何參考系

光速無法超越

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愛因斯坦的質能方程(E=mc²),表示出一個物體所蘊含的能量是其質量乘以光速的平方。這就意味著質量很小的物體也蘊藏著巨大的能量。但是該物體卻不能超過光速運動。愛因斯坦的相對論也告訴我們,

一個物體的運動速度越大,其質量就越大,導致維持其高速運行時所需的能量就越大,而這個臨界點就是光速,因為當物體接近光速時,其維持接近光速運動的能量就趨近於無窮大。所以任何物體都不能超光速運動,這也是相對論的基礎假設。如果物體可以超光速,那麼相對論的根基將被完全摧毀。

相對論不允許超光速的物體存在,因為一旦超光速,時間將會倒流,這樣因果定律將會被完全打亂。最典型的就是外祖父悖論。如果一個人超光速,導致其時光倒流,這個人回到外祖父和外祖母結婚的那一天,在那一天殺死了自己的外祖父(不存在未婚先孕,和隔壁老王之說),這樣就不會就沒有他的媽媽,那麼就更不會有他的存在,那麼這個人怎麼會在未來穿越回來再把外祖父殺了呢?這樣就會導致整個世界的時空因果關係錯亂,這完全違背因果律!

宇宙牢籠?

為什麼光速恆定無法超越?或許這就是一個宇宙牢籠

看了以上的內容,我相信每個有科學思維的人,都會生出一個疑問,為什麼光速(或者說電磁波速度)是恆定的?為什麼光速在任何慣性參考系都是一樣的?為什麼物體無法超越光速?

或許有人會說,光速恆定不是從麥克斯韋方程得到的結果嗎?難道還需要說明嗎?如果這樣認為的話,並沒有看到問題的實質。麥克斯韋方程是為了描述電磁現象而得到的,所以對光速恆定的結果也只是對現象的一種數學化描述,並不是說明現象的原因。麥克斯韋方程無法說清楚是電磁現象導致了光速恆定的結果還是光速恆定導致了電磁現象的產生,更或者二者根本就不是因果關係,只不過是同一種現象的不同表現。況且用數學來解釋物理現象的本質,有點倒果為因的感覺。數學的本質是什麼,目前並沒有統一的認識,直覺主義者、形式主義者和邏輯主義者各有各的解釋,數學自身的出生的問題都沒有解決,更不可能去說明物理現象的本質。

當然還有很多解釋:

解釋一:光速就是恆定的,就像平行公理一樣,它就是一個公理,沒有為什麼。

解釋二:光速恆定,並在每個參考系一樣,原因是不同的參考系時間流逝不一樣,所以測出來光速仍然是c。

解釋三:光速就是恆定的,一般人確實理解不了,就像以前人類無法理解時空彎曲一樣,說明你看待事物的觀念需要改變了。

解釋四:宇宙創世之初的大爆炸製造出一個充滿宇宙的大電磁場。只要光源在這個電磁場中振動,立刻就能被充滿宇宙的電磁輻射加速到30萬公里每秒。正是這個宇宙輻射電磁場的存在,使得光線以精確的光速傳播。

解釋五:我們的意識是由連續不斷的念頭組成,按照佛經的記載,一彈指含二十瞬,一瞬含二十念,一念含九十剎那,一剎那含九百生滅。實際上這還是方便說,真實情況是每一剎那間就有億萬次的生滅。為了幫助理解,我們可以把分別心劃分為三個層次:最粗的級別為分別覺,其次為分別念,最細微的稱為分別識,也就是佛法中的生滅。分別識以極快的速度生滅。我們再來看光量子,光是一份一份發出的,兩份光子之間有一個間隔,這難道不是一種生滅嗎?一份光子是生,間隔表示滅,沒錯!我們終於找到了佛學與科學的共同之處!所謂光傳播的速度,其實就是我們每個人分別識生滅的速度!正是這樣!由於我們每個人分別識生滅的速度都一樣,所以光速相對我們每個觀測者來說都是恆定不變的!相對論的前提在佛學理論中得到證明!

……

解釋N:……

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