侯工：与网友探讨宇宙问题

    有个网友提了一个很有趣的问题：“有两艘飞船A和B分别以每秒20万千米的速度飞离O点，但A和B的方向相反，站在O点看，两艘飞船的速度都小于光速，但若是在飞船A上看B的速度是否大于光速呢？

这个问题看起来很简单，小学生也可以算出来。如果按照牛顿的运动学理论，两者的相对速度应该是20万千米加20万千米等于40万千米，就会大于光速30万千米，可是实际上不是这样——这会使很多人掉眼镜——在飞船A上看B的速度，总是等于光的速度30万千米，道理也很简单——因为B只能是以光的速度传到A处的。

什么叫光速？光速是指光在太空的速度，光速是宇宙最大的速度。

一个更大胆的问题：

“如果A、B相对分离的速度是每秒40万千米，在A处看B会是什么结果呢？假设在两飞船飞离的第2秒从A处向B发射一束光，第3秒时光向B行进了约３０万千米，但两飞船的距离则扩大为４０＋４０＝８０万千米。在这第３秒的一秒钟内，A行进了２０万千米，光则向相反方向行进了３０万千米（约），这样合计５０万千米，光距B应该是８０－５０＝３０万千米，第４秒时A、B的间距则是１２０万千米，光与A的距离则为１００万千米，光与B的距离则是２０万千米。第五秒A、B间距则是１６０万千米，光与A的距离为１５０万千米，与B的距离则为１０万。第６秒A、B间距为２００万，光与A也是２００万——光赶上B。但这样以来就意味着光离开A的速度要超过每秒30万千米，否则光与B的间距就会越来越远，在飞船A上的人永远也看不到B。所以，如果飞船A上的人可以测到B的速度，那一定是前一种情况，即从A出发的光超过了３０万千米。”

    鄙人认为，如果根据牛顿理论，这个问题是成立的，但是不符合宇宙实际。宇宙最大的速度是光速，这是因为宇宙运动的速度等于光速，根据同在同速原理，宇宙物体不可能超过光速。超过光速就是超过宇宙的速度，就违反了同速同在原理，即这样高速的物体不可能与宇宙同在一起。其实当物体接近光速时就会分解成宇宙射线般的微粒，达到光速时就分解成没有质量的最小粒子。

为了说明这类问题，就假设A、B两束光从同一光源沿相反方向发出，A观测B的速度仍然等于光速，相当于B在光源处不动，因为B只能以光速传到A，即使有艘宇宙飞船以接近光速无论向哪个方向飞行，在飞船上观测光的速度仍然等于光速，当然，假如在光的位置观测飞船，结果仍然是等于光速，因为接近光速的飞船与光源的宇宙原速是相等的，进一步说，即使飞船达到光速，测量光速仍然等于光速，因为等于光速的飞船仍然与光源同速。也就是说，A、B两束光互相观测，都是等于光速，除非两束光重叠成一束光。这就是光速不变原理。

问题还是会有的，有网友质疑：“你说光速不变，为什么光在不同的介质里速度不一样？这不是说明光速是可变的吗？

朋友，你先别急。光速不变，是指光在介质里的速度是不变的。至于光在不同介质里的速度不同，那是介质问题，而不是光的问题。

科学不是以人的想象为真的，而是以科学实验和实践为真的。逻辑的推理也是建立在科学实验和实践的基础上的。有网友说：“A和B的单独运动速度不能超过光速，但它们向相反方向运动的和速度，或是站在A或B点看的相对运动速度是可以超过光速的，比如太阳分别向东西两个相反方向分别发射出光A和光B，在一秒钟时间向东和向西同时发射的光合计约达到60万千米远，即在一秒钟时间光A与Ｂ相分离约６０万千米，这是相对运动速度。毫无疑问，相对运动速度可以超过光速。”这是人们的一种错觉。因为光速是实测得来的而不是想象出来的，科学家们通过大量的科学实验证实光速是不变的，而所有观测的速度都是相对速度。虽然人类不可能在两束相反的光线上测量光速，但是，根据逻辑推理——既然所有的相对速度测量光速都不变，那么，两束相反的光线的速度也是相对速度，那么它们的相对速度也是不变的，仍然是等于光速，也就是说，A和B的相对速度永远等于30万千米/秒，这可是需要科学的头脑才能理解的。

    有个网友说：“光的传播有源而无方向。它表明：同源出发的光的速度在各方向上相等。A、B两飞船以光速于O点以相反方向飞行与光特性无可比性。如果用光传播特性来解释，以光速两相反方向飞行的飞船的彼此速度等于它们各自从O点出发的速度，而在A、B两船上的人彼此的速度感或会超过、小于、等于光速。”

    这个网友的话涉及到宇宙运动的方向问题。方向是相对参照物而言的，人以地球为参照物，才有东西南北上下左右的方向。对于宇宙运动来说，是以宇宙中心为参照物的，所以宇宙运动只有一个方向，就是径向。这个网友说的“光的传播有源而无方向。”在宇宙运动的层面说是对的。也就是说，光的速度是自然速度，自然速度的方向都是宇宙的径向，所以光的方向也只有一个方向，就是宇宙的径向。比如以银河系为参照物，太阳有自己运动的方向，地球有自己运动的方向，地球上的汽车有自己的方向，汽车里的分子有自己运动的方向……但是在宇宙里，所有这些方向都是宇宙运动的方向，因此，一个物体所有环节的自然速度才能够相加，并且相加的总和等于宇宙原速。“如果用光传播特性来解释，以光速两相反方向飞行的飞船的彼此速度等于它们各自从O点出发的速度”也是对的，也就是说，根据光速不变原理，两束光从O点向“相反方向”出发，两者的相对速度还是等于光速，即使两者以接近光速以相反方向飞行，仍然不会违反光速不变原理。但是“在A、B两船上的人彼此的速度感或会超过、小于、等于光速。”是不确切的，因为“速度感”是人的主观感觉，并不是科学用语。应该说：“在A、B两船上的人彼此观测的速度也是等于光速。”

    有的网友觉得光如何在介质里传播还不明白，鄙人谨在此加以详细说明。

太空的介质是由没有质量的宇宙最小粒子构成的，最小粒子的速度等于光速，所以光在太空传播的速度等于光速。光在介质里的速度为什么会变慢呢？这要从光是如何在介质中传播说起：光是由电子自旋导致周围的应力带波动产生的，然后这些应力波即光波以光速在太空传播。当光波碰到介质（如空气）时，改变了介质里的电子周围的应力带，引起介质的电子产生同步波动，这些电子象接力赛的选手一样传递光波，因此介质的电子速度就是光在介质里的速度。由于这些电子的速度是自然速度，必须加上其它各级的自然速度的总和才能等于光速，所以介质里的电子速度小于光速。不同介质里的电子的速度是不同的，所以光在不同介质里的速度也不同。

不同颜色的光的频率是不同的。不同频率的光波在介质里与介质里的电子的固有频率响应不一致，引起介质电子的微观速度发生不同的改变，导致不同频率的光波在介质里传播的速度产生差异。如果这种介质的两个临界面形成角度（如三棱镜、水滴等）就会因为经过的路程不同而产生不同的折射角，因此在两种物质的临面界上的传播方向就会不同，并且分解成不同颜色的光。如雨后天空出现的彩虹——光谱仪就是根据这个原理造成的。

    有个网友提到：“光线有弯曲，这已被证明。在各种引力场中，光线并不是真正的直线，所以，我们眼里看到万物，其图像都是经光‘扭曲’过的，它们并不一定是真相！

    光线有弯曲是对的，但不是因引力场引起的，因为光没有质量，引力对光不起作用，但是磁场会对光起作用——因为光是一种电磁波，磁场会改变光的方向，而且光经过不同介质时还会产生折射，因此，光线经过星球时发生弯曲是由于受星球的磁场的影响和星球外的气体折射引起的。

    至于说到真相，那是因为光传播的延时性产生的。距离越远的物体，就越不可能是真相，有的星体可能已经不存在了，但是它的假象还在那里，光将它的假象传到我们的眼睛了。

    还有朋友提出疑问：“你认为整个宇宙是真空的太空?还是有分布不均匀的多种物质存在？你怎么得出宇宙时间是以宇宙原速为参照，以光传播的距离来定时间长度的结论？”

鄙人认为宇宙太空并非真空，太空充满着宇宙最小粒子。如果太空是真空的话，根据同速共存原理，太空就不可能有宇宙射线，宇宙飞船也不可能在太空航行；由于没有介质，甚至光线也不能在太空里传播。宇宙万物包括各种星系正是由于太空不是真空才能在太空中共存。太空物质的分布是按照联动系统的精确配合分布的，就象钟表里的齿轮组合一样，如果哪里少一个星球就会破坏宇宙的有序运行。

时间就是空间的变化，空间的变化就是宇宙球面沿径向膨胀，由于宇宙径向膨胀的速度是恒定的，因此时间也是恒定的。如果要说得更明白，还要从速度说起。提到速度，人们很自然地就联想到“距离除以时间等于速度”。并且一直沿用着一条公式：设速度为V，时间为t，位移为L，以公式表示：V=dL/dt。一般人对这个公式的理解只是停留在宏观层面，如飞机的速度，风速等，并没有涉及到物体内的微观速度。鄙人认为，速度是空间变化快慢的程度。空间包括宏观空间和微观空间：宏观空间是指人类肉眼能够看到的物体以及物体之间的关联；微观空间是物体内部微观粒子以及微观粒子之间的关联。我们知道，空间是指宇宙物质的范围和量值，时间是指空间的变化。我们所在的时间和空间是一个实时球面，时空是一体的。由于速度是空间变化快慢的程度，而宇宙时空球面是以物体固有的速度即宇宙原速膨胀的，其变化快慢的程度也是恒定的，因此可以将宇宙原速看成为空间的变化；又由于时间也是空间的变化；因此也可以将宇宙原速看成为时间，也就是说，在原速球面上，时间、空间和宇宙原速是三位一体的。基于此，我们才能正解理解公式V=dL/dt：公式的右边部分表示空间的变化是以时间为背景的，也就是以时间为参照的，而宇宙原速表示时间的变迁，也就是空间的更新。因此，公式左边物体的自然速度（宏观速度、微观速度）V是以时间、空间为参照的，也就是以宇宙原速为参照的；当我们说一个物体的速度是多少时，实际上是指它这个联动环节的自然速度占宇宙原速的份额是多少。例如，我们说汽车的速度100公里每小时，是指汽车相对于地球的速度与光速的比较，占光速的100/300000公里。而距离就是每一瞬间空间变化的积分，也就是速度的积分。如果速度等于光速的话，就是时间的积分。显然，如果以光年来表示天体之间的距离，那么距离就等于时间了。由于时间本身是没有长度的，它只是表示空间的变化，空间的变化又可以用速度来表示，而光的速度是恒定的，光速表示宇宙的变化，光速与时间的定义是等价的，速度的积分是距离也是时间的长度，因此以光传播的距离来定时间的长度。这就是“宇宙时间是以宇宙原速为参照，以光传播的距离来定时间长度的结论”的理由。

还有的网友说：“你怎么证明宇宙以光速作径向膨胀运动？”

关于宇宙的膨胀已经有大量的科学实验证明。最初科学家发现天体的红移现象，是由天体远离产生的；其次，人们通过实测，月球每年离开地球3.8cm，地球每年离开太阳15m，说明天体之间都在互相远离；最重要的证明是2011年获得诺贝尔物理学奖的科学实验：美国加州大学伯克利分校天体物理学家萨尔·波尔马特、美国/澳大利亚物理学家布莱恩·施密特以及美国科学家亚当·里斯获得2011年诺贝尔物理学奖。两个研究团队通过寻找遥远空间中爆发的超新星，展开了绘制宇宙“地图”的竞赛。通过确定这些超新星的距离和它们离我们而去的速度，科学家希望能够揭开我们宇宙的最终命运。他们本来以为，根据宇宙大爆炸理论，自己会发现宇宙膨胀正在减速的迹象——大爆炸假说认为随着爆炸威力的减缓，宇宙膨胀就会随之减缓，然后慢慢停止膨胀转而变成收敛，继而在引力作用下坍塌，最终成为奇点重复着大爆炸。因此，这种减速将决定宇宙会终结于烈火还是寒冰。结果，他们发现了完全相反的事实——宇宙膨胀正在加速。

同时，这个发现也颠覆了几乎成为真理的宇宙大爆炸理论。

宇宙膨胀已经证明了，那么，如何证明宇宙以光速作径向的膨胀呢？我们以“同时”来证明时间是个球面，如图：

图中的宗支起点相当于宇宙中心，宇宙万物“同时”存在就相当于万物到宇宙中心的距离相等，这些距离也就是时间球面的半径，由于时空一体而成为时空球面。宇宙膨胀也就是时空球面沿径向匀速运动。

怎么知道宇宙径向运动的速度是光速呢？我们不能直接测出宇宙的径向速度，但是可以间接测出来：由于光是由宇宙球面牵带电子运动而产生的，所以光的速度与宇宙球面的速度相同且同步。因此，只要测出光的速度就行了。这就是宇宙以光速作径向膨胀的理论证明。

同样可以用科学实验证明：最近科学家通过观测，100多亿光年远的“星系”正在以接近光速远离我们——这个现象说明什么问题呢？如何解读呢？请听鄙人细说分明：100多亿光年远的星系就是这个星系在100多亿年前所在的位置（现在已经不在那里了，这是它留下的虚像），这个位置是靠近宇宙中心的位置（我们是在宇宙的边缘），100多亿光年远的星系以接近光速远离我们，也就我们离开它的速度接近于光速，也就是接近于我们离开宇宙中心的速度，这就说明我们离开宇宙中心的速度就是光速。还有一个科学实验我们人人可做：我们能够看到光，时时刻刻都与光同在，根据同在同速原理，我们的速度与光的速度相同，我们是宇宙的一部分，也就是说明宇宙径向运动的速度是光速。