侯工：图解光速不变原理

网友Label_Liu向鄙人提问：

“我有个疑问（可能未全部理解您的假定）：
   依据光速=宇宙原速，假定有个物体（A）距离我有1光年，我看到物体A发出的光是其1年前发出；那么在1年前，这个物体A发出的光追上我的过程应导致某物（我）的宏观速度为0；而假定另一个物体B距离我2光年，其光束在到达我之前，先到达物体A，再到我，那么怎么理解我和物体A及物体B的时空关系呢？”

这个问题看似简单，但是要准确回答并不容易。

    你要明白，你看到的A、B物体都是与你同一个时空球面的，并不存在“追上你”的问题，因为你观测到A、B的距离是以光年为单位的，三者都是处在运动中，尽管在你观测这一刻时相互间有相对速度，但是这些相对速度不会影响光速，距离是由你观测到A的那一刻决定的，所以也不存在导致某物（我）的宏观速度为0的问题。光的延时性造成你看到的是1年前A发出的光，以及2年前B发出的光，所以在时空关系上，根据你给出的条件：你和A、B在同一时空球面上的一条弧线上；A在你和B之间，如何计算你到A、B的距离呢？

反映到你眼睛的A、B是它们的虚象A’、B’，这是时空错觉。由于A、B和你的径向速度都是光速，你看到A的虚象是1年前的位置A’，B’是B在2年前的位置。如图：

     光速不变原理的欧氏几何示意图

此图是按照欧氏几何学的原理作出来的，图中C点表示你的位置，ΔCBB’和ΔCAA’近似于直角三角形。

    下面以A为例，计算两者之间的距离：

因为A是以光速作径向运动的，A的虚像距离球面的径向距离AA’=△r1=1光年，

按照人们的理解。A与你的球面距离AC=△S1=1光年    (1)

    所以：△S1=△r1                                     (2)

    可是根据欧氏几何的圆周公式：S=2πr                （3）

则有：△S1=2π△r1=2π光年                        （4）

A的虚像到你的“距离”A’C≈[1+（2π）^2]^½△r1

                       ≈6.3562△r1

                       ≈6.3562光年                  （5）

显然（1）与（4）、（5）是矛盾的，但是，根据光速不变原理，A到你的距离只能是1光年。那么，这里面有些什么玄奥呢？

请听鄙人慢道其详。你观测到你与A的距离是1光年，表示1年前A所在的位置。A的径向速度等于光速，在1年时间里，A在径向移动了1光年，如果根据欧氏几何，就会得出A在时空球面上与你的距离是2π光年，或者A的虚像与你的距离约等于6.3562光年的错误结论。但是，在天文学里，两者之间只能有一个距离，在1光年、2π光年、6.3562光年三个数值中只有径向距离1光年是正确的，其余都是错误的。

人们最难理解的是：怎么两者的距离跑到径向上去呢？这欧氏几何还能用吗？实际情况是，你与A的距离，是以宇宙存在为背景的，因此你可以观测两者的距离。但是，宇宙的时空球面是以宇宙的反存在为背景的，所谓反存在，就是反宇宙，宇宙没有中间状态，因此，不可能站在中间观察正反两个宇宙，从而进行比较，更不能跑到宇宙的反面进行观测。我们处在正宇宙，就象站在无边无綠的一块钢板上，永远看不到它的反面。由于宇宙时空球面没有对比的背景，宇宙时空球面就没有具体的形状，欧氏几何是认为在宇宙的静止背景下建立起来的，是局部的，这个局部信息相当于浩瀚宇宙的一粒微尘，这粒微尘即是所谓客观在人类大脑里的反映，这些反映形成人的思想观念，然后升华为理论，再用这个理论去指导思想观念，再以这样的思想观念去套客观实际，在哲学上就是所谓的“实践——理论——实践”，如果人类盲目地遵循这个认识方法论，就形成哲学上的盲点——这也正是人类屡犯错误的原因。打个比方，好比木工师傅将一棵树（客观材料）锯开成为木板（形成思想观念），然后做成一张桌子（升华为理论），最后，这个木工师傅按照桌子的模样来描述大森林甚至改造大森林，你说离谱不离谱？然而，大部分人类就是这样的木工师傅。

明白这个道理以后，宇宙距离并不是按欧氏几何算出来的，也就是说，宇宙时空球面并不是欧氏几何所描述的形状，如果按照欧氏几何，就会由（2）推导出S=r，即宇宙半径等于宇宙球面最大圆周的荒谬结果来。由于宇宙没有背景可以对比，因此宇宙时空球面没有具体的形状。当读者看到鄙人建立的宇宙膨胀的数学模型S=4πr^2时，就按照欧氏几何想象出宇宙的具体形状——象一个膨胀中的气球，有明显的形状，而且看着它一点一点膨胀，最后大到极限，然后放气收缩，再一点一点缩小……这是人类犯的又一个常见的错误——以为宇宙有一个静止的背景，人类可以站在宇宙外边，看到的宇宙就象一个球形鱼缸，宇宙万物就象鱼儿一样在鱼缸里游弋；再看看宇宙的周围——布满了各式各样的宇宙，如平行宇宙，甚至还有连接不同宇宙的虫洞。其实这是受了狭隘的主观意识的误导。所谓宇宙就是宇宙存在本身，存在就是当前一瞬间；所谓宇宙外就是反存在，反存在就是这一瞬间的前、后。所谓不存在产不是存在的反面，静止也是中间状态，并不是运动的反面，中间状态是不存在的。根据同速共存原理，宇宙外不存在所谓的“不存在”，也不存在静止状态，更不可能存在其它宇宙，只有前一瞬间和后一瞬间的反存在。

宇宙膨胀数学模型只是一种数学抽象，是用来描述宇宙运动状态的，而不能提供宇宙的具体形状。但是说明宇宙是唯一的、统一的、运动的。

宇宙不会产生拐角式的运动，因此时间不会倒流。

宇宙的具体形状符合拓扑学——“拓扑空间”在“连续变换”下保持不变的性质，即宇宙运动是符合光速不变原理的特性，根据这个特性来理解宇宙的形状：宇宙时空球面上物体到观测者的距离，等于光在经过这段距离的时间里经过径向的距离，也等于物体的虚像到观测者的距离——类似于一个等边三角形，这就是物体的真体、虚像与观测者三者之间符合拓扑学原理的空间关系。那么，三者之间的距离只有一个，就是1光年。同理，B的真体、虚像到你的距离就是2光年，虚像到真体的距离也是2光年。

    由上面分析可知，欧氏几何不符合宇宙实际，人们往往因为以欧氏几何为依据而不能正确认识宇宙。但是，我们不能因此说欧氏几何没有用，它自有适用的范围。就好比木工的工具不适合打铁，但是适用于加工木器一样。

说到这里，我们就可以想象宇宙的运动方式：宇宙是按照数学模型做恒径速膨胀的，这个径速等于光速。宇宙的形状符合拓扑学的保持光速不变性质。宇宙物质的运动实际上是物质按照宇宙原速（大小等于光速）进行速度均衡的过程，这种运动的驱动力在于由能量粒子（最小粒子）构成的原速球面，能量就是力的根源，因此，能量的根源就是圆与半径的不确定关系，也就是动态圆。

当所有物质都达到速度均衡时，也就全部分解为能量粒子，此时是旧宇宙速度均衡的终结点，也是新宇宙均衡的开始点，也就是说，宇宙进入新一轮的恒径速膨胀运动，从而周而复始以至于无穷。