光的波动性导致能量不守恒及相对论的不足

戴榕菁

我的那篇被Royal Society的Board Member Professor Thomas Sotiriou称为“只是想法不是研究”[1]的题为“The Impact of Photon Wavelength Changes”的文章的最主要的理论意义是在当今世界物理学界所持有的两个基本概念上指出了他们存在的逻辑缺陷：

1）能量守恒问题。

尽管“能量”一词在西方文化中的应用可以追及到远古，它在近代科学中的使用却在本质上带有“守恒”的意义，或者说，现代科学中的“能量”一词按照定义就必须是守恒的，而这个守恒概念的数学基础是Noether Theorem[2]。根据Noether Theorem，能量是一个时间不变量，因此是守恒的。

但是，后来人们发现宇宙膨胀导致的红移使得能量不再守恒。于是科学家对此进行了解释说这是因为宇宙膨胀使得在广义相对论中能量不再是Noether系统中时间不变量，而这只在宇宙整体的意义才成为一个问题，在日常生活中不存在这个问题。物理学家Sabine Hossenfelder在她2020年10月31日的视频“What is Energy?”[3]中对此做了详细讨论。就是在看了那个视频后我才开始对光子的频率变化对能量守恒的影响进行形而上的分析的。

我的结论是：即便宇宙不膨胀，宇宙中的能量也不是完全守恒的，和广义相对论没有必然的关系，或者说不是由广义相对论决定的，而且这种不守恒不但每时每刻都在我们的生活中及宇宙各处发生着，而且它的发生形式很诡异。

也就是说我的分析结果指出了当今世界的物理学界们没有意识到的有关“能量”概念上一个基本的逻辑漏洞。尽管这个漏洞也许在已知的对物理学的应用中没有太大的影响，但是既然这是一个逻辑上未解的漏洞，那么它在哲学上就有特殊的意义。而且只要有逻辑上的漏洞，谁也不敢肯定它就一定不会在应用中产生作用。很多历史上的所谓数学悖论原本只是被认为是脑力游戏，但实际上后来都对现实生活具有一定的影响。

而且，我的分析并不是象Royal Society的那位Thomas Sotiriou教授用含糊不清的辞藻所描绘的那样只是“想法”，而是按照严格的逻辑进行形而上的分析得出的结论。其分析如下：

一） 由著名的普朗克公式E=hf（其中E是光子的能量，h是普朗克常数，f是光子的频率）我们知道，当光子的频率f增加（即波长减小）时，能量增加，而当光子的频率减小（即波长增加）时，能量减小。而光子在发生红移的时候频率减小，蓝移的时候频率增加，因此红移的时候光子的能量有损失，而蓝移的时候能量有增加。

二）因为当一束光发出的时候，它既有可能打到一个离光源而去的物体，也可能打到一个趋近光源的物体，还可能打到一个静止的物体，所以这一束光在打到物体时到底会因为红移而能量减少（即接受者看到的光比原来更红了），还是因为蓝移而能量增加（即接受者看到的光比原来更蓝了），还是能量不变（即保持原来的颜色）这一点只有当打到一个具体的物体时才能决定。但是，那能量的改变却是在运行过程中就产生了。这听上去有点象那个薛定谔猫的故事，只不过这里不涉及任何量子效应。

三）由于在光束的传播过程中（假定在真空中）没有发生任何能量的交换，因此这过程中出现的能量变化完全不符合能量守恒原理，也就是说多出来的能量是凭空而来的，而减少的能量彻底消失不再存在。

四）因为宇宙中每时每刻都有大量的红移和蓝移发生，特别是，宇宙中所有的物体都无时不刻地在发射或接收着红外辐射，因此上述的由相对红移和蓝移产生的能量不守恒的过程是无时不刻地在宇宙中，尤其是环境复杂的人类社会中发生着。

 

2）狭义相对论在推导中一个欠缺

我是在看了去年的诺贝尔物理学奖得主Roger Penrose有关他的保形循环宇宙学（Conformal cyclic cosmology）访谈[4]后对这个议题进行形而上的分析的。有关Roger Penrose的保形循环宇宙学（Conformal cyclic cosmology）的介绍文章很多，别人为之而专门拍的视频也有，但我是在看了那个访谈之后才对之产生兴趣的。

我的分析指出，彭罗斯的理论所依据的“光子不经历时间”这个狭义相对论的著名直接推论是有缺陷的，而造成这个缺陷的原因是爱因斯坦及很多后人在推导狭义相对论时没有把光子的波动性考虑进去。

很显然，我的这个分析并不是象Royal Society的那位Thomas Sotiriou教授所说的那样可以是随随便便就得出的“想法”，而是由严格的形而上的分析得出的结论。其分析如下：

一）宇宙膨胀导致光的波长增加，因此产生不同于上述的相对波长变化的绝对红移，使得所有的光波在经历了宇宙膨胀的时候都会发生能量损失。

二）由于爱因斯坦在推导狭义相对论是没有考虑到光的波动性，因此狭义相对论无法反映出光的波动性随时间的变化。但是，由于宇宙的膨胀所带来的绝对红移现象，光的波长是在不断增大的，因此，人们根据狭义相对论所得出的所谓光子不经历时间的说法就是有缺陷的。道理很简单：如果一个光子的波长随着时间的推移而必定要增加，你凭什么认为它无法经历时间？

三）基于上面的二）我们有必要重新推导狭义相对论，并在推导过程中引入光的波动性。

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我在把“The Impact of Photon Wavelength Changes”投稿给Royal Society的时候想到的只是我的那篇文章曝露出了当今的理论物理学界在基本概念上存在着的两个逻辑漏洞。我没想到的是这篇文章居然还意外地曝露出当今物理学界的一个更为严重的思维漏洞：那就是由于缺乏形而上学的思维能力所导致的阅读理解力的衰退，一个享誉百年的科学和哲学权威杂志居然说我的文章不是研究而只是想法。

如果说我们对于我在“The Impact of Photon Wavelength Changes”一文中指出的逻辑漏洞在现实中会有什么实际影响还不很清楚的话，该文所引发的Royal Society所暴露出的当今科学界的思维缺陷在人类文明中的负面影响却是明确无误的：它正是由于科学界排斥形而上学所造成的过于依赖数学公式及实验手段的经验方法（empirical approach）导致的抽象形而上学思维能力的低下，和对这种形而上能力低下的现状缺乏认识而产生的盲目的傲慢的表现。这种形而上能力的低下和盲目傲慢不但肯定会影响当今世界的前端物理学的发展，而且会如同专业哲学的衰败一样直接影响人类文明的方方面面而正将人类文明拖向悲危的未来。。。。。。

另外，如果每年花费万亿美金的堂堂的世界科学界在这么久以来连一个非科学界人士不需要进行任何严肃的分析就能随机蹦出的“想法”都不但从未发现过，而且当被告知后还理解不了，难道他们不应该以此为警讯，却试图要通过拒绝发表而掩盖自己的低能吗？今天的前端科学界真的已经堕落到了只能象撅着肥屁股的鸵鸟一样把自己的脑袋埋在沙子里面吗？？？