相对论中的光子。。。。

戴榕菁

如我之前多次提到的，20世纪的物理学之一大特点便是通过文学式的想象和数学的夸张的结合来排除哲学的思维。这样做的结果使得对于数学的错误解读成为了20世纪物理学的一道逗乐的风景线，而这一现象在与相对论有关的文章尤为显著。

现在我们已经可以确定狭义相对论错了（参见【[1]】），不过如我们在哈菲尔-基廷实验报告中发现的，即便是我们退一万步来设狭义相对论是对的，我们也仍可看到相对论学者是如何戏剧性地把相对论的数学表达式进行曲解的。由狭义相对论得出的所谓光子不经历时间的说法就是又一个这一类的例子。

1905年爱因斯坦发表了两篇著名的文章，一篇宣告了狭义相对论相对论的产生【[2]】，另一篇奠定了光子的概念【[3]】。尽管当时的这两篇文章之间并没有直接的关系，但基于光速不变假设的狭义相对论日后自然是顺理成章地给光子定下了两条著名的约束：1）光子没有质量，2）光子不经历时间。

这两条约束的依据都是那个被爱因斯坦在文章【2】中重新推导了的洛伦兹变换中的那个洛伦兹因子：

γ = 1/(1 - v²/c²)^1/2             （1）

按照（1）式，当v = c时，γ 等于无穷大，而相对论中的所谓光子没有质量的结论便由此而来。在推翻了狭义相对论之后，我们不再需要因为光速问题而限定光子的质量，而且有些假设光子有质量的理论可以得出比假设光子质量为零的理论更接近直接观察的结果。不过因为没有人实际测量过光子的质量，本文将不就此展开讨论。

本文要讨论的是那个所谓的光子不经历时间的说法。在科普文章中我们经常可以看到这一说法。不过如果仅仅是科普文章有此一说，我们也不必大惊小怪，毕竟对于科普大军的水平我们不能有过高的期待。但问题在于这并不仅仅是科普人员才有的说法，而是第一线的专业物理学者也有的说法；不仅是一般的专业物理学者才有的说法，而且是顶级的物理学者也有的说法。一个典型的例子就是因其在数学领域的工作而被英女王亲授爵士称号，又因其在物理学领域的工作而获得诺贝尔物理学奖的数学和物理双料大咖彭罗斯将光子不经历时间作为了他的那个著名的保形循环宇宙学（Conformal cyclic cosmology）的基本理论依据之一。

自2021年开始的几年的3月份里我似乎都会经历一些与相对论的特殊交道。如我在文章【1】中指出的，我推翻狭相对论的工作始于2022年3月份，再比如2023年的3月份我开始推翻作为量子场论基础的所谓的相对论力学的工作。但实际上，在2021年3月份我就开始了对狭义相对论的一个小小的质疑，而该质疑产生的缘由正是彭罗斯对光子不经历时间的说法的运用【[4]】。彭罗斯声称在宇宙膨胀的最后，宇宙中只剩下光子了，而光子不经历时间，所以就没有时间了。

熟悉狭义相对论的人都知道，爱因斯坦论述狭义相对论的一个基本特点就是用光子或光束的运动来作为记录时间的一个基本工具，或者说光子或光束在爱因斯坦的相对论中成为了时钟的替代物，甚至应该说爱因斯坦把光的运动当作了时间本质的反映。从这个角度来说，只要宇宙中还有光子以及光子在其间运动的空间的尺度就不能说没有时间的记录。但彭罗斯所针对的不是爱因斯坦所感兴趣的光子运动与时钟之间的关系，而是那个著名的所谓“光子不经历时间”的说法。

我看了对彭罗斯的访谈后才了解到这一点的。因为我是在2022年3月才开始推翻狭义相对论的工作的，所以在2021年3月的时候我根本就没有想到会去推翻狭义相对论。不过在看了彭罗斯的访谈后，我马上就发现了一个问题：光是一种波动，只要有波动就要经历时间，怎么能把由狭义相对论得出的光子不经历时间作为一个宇宙论的出发点呢？

带着这个问题，我还专门写了一篇讨论或许应该修改狭义相对论以引进光的波动性的文章【[5]】。巧得很，我的那篇文章贴出没多久，著名科普网红李永乐就贴出了一个视频，在视频末尾他有点莫名其妙地带着冷笑地说了类似“有些不务正业的人一心想推翻相对论，建议这些人好好地多读读书”之类的话。当然，李永乐是不会读我的文章的，因此他的视频一定不会是针对我说的。不过巧的很，自2021年开始的这两年里，当我贴出有关相对论的关键性文章时，他也会时不时地就碰巧很快贴出维护相对论的视频。这再一次向我们表明，这个世界上碰巧的事情非常多。

在贴出文章【4】和【5】之后，我还将它们改写为英文贴出【[6],[7]】。

在我贴出文章【4，5，6，7】两年多后，甚至在我贴出对我推翻相对论的工作进行总结的文章【1】的几个星期之后，我这才突然反应过来，即便我们退一万步说狭义相对论是对的，那个“光子不经历时间”的说法也是错的，而我当初居然被彭罗斯误导而没看出这个说法的错误来。

我们再来看一下，那个“光子不经历时间”的说法是如何产生的。根据洛伦兹变换，我们可以得出相对论的时间变换为：

?t’ = ?t/ γ = (1 - v²/c²)^1/2?t          (2)

其中?t是静止坐标系中的时间，?t’是运动坐标系中的时间。由（2）我们可以看出：

?t’ < ?t                                                 (3)

也就是说当时间在静止坐标系中过了一个小时后，在运动坐标系中还没有过到一个小时。这就是洛伦兹提出的所谓的动钟变慢的假说。

由（2）我们可以看出，当v = c的时候，?t’ = 0。

而?t’ = 0可被解释为时间不变 ---- 这就是所谓的光子不经历时间的说法的来历。

我相信，故事讲到这里很多读者也同我一样如梦初醒，一下子看出过去这些年是如何被相对论科普大军给忽悠了：

那个?t’ = 0不是光子经历的时间，?t才是光子经历的时间。?t’ = 0 是在静止坐标系里观察光子运动的人以为光子没有经历时间，并不是光子自身没有经历时间。

很显然，彭罗斯根本不能用静止坐标系里的人以为光子没有经历时间来论断说时间不存在，因为如我前面指出的，光子的运动本身就是爱因斯坦用来描述时间的基本工具。只有光子自己不经历时间，彭罗斯才有理由（尽管是歪理）来说时间不存在！可见彭罗斯也被科普大军忽悠了。

那么，科普大军又是被谁忽悠了呢？

或许李永乐可以给出答案，呵呵，跟网红开个玩笑，别当真。恐怕谁也说不清谁被谁忽悠了。也许都被外星人忽悠了。。。。呵呵。

结论

千万别在用文学式的想象和数学的夸张来排斥哲学思辨了。。。。。。