光子會分身嗎？——科學史上一個最大的誤解

愛因斯坦的相對論絕大多數人應該都聽說過。「時延尺縮效應」，這個發現是多麼迷人啊。相對論的一個基本假設是：光在任何參照系中的速度都是一樣的。這個假設以及相關推論存在著明顯的、非常低級的錯誤。一個如此低級的錯誤一直被視為重大的科學發現，可算是科學史上一個最大的奇葩。

下圖是洛倫茲變換使用過的模型。圖中的坐標系是靜止參照系。假設火車尾部經過靜止參照系原點（O）時，光源F發出一個閃光。為了簡化分析，假設火車的速度是光速的一半，即v=c/2，火車長度L是光1/2秒走過的距離。 1秒鐘後，光子到達2L處，火車車頭也到達2L處。圖中的立方體表示火車所處的空間可以視為一個透明的牆體，可以代表火車的參照系，光線穿過火車如同穿過了一面透明的很厚的牆。

一個簡單而基本問題是：當光子或光線到達2L處時，火車上的觀察者看到的光子是不是在2L處？

如果回答「是」，那麼火車上觀察者看到的光子走過的距離只有一個火車的長度。無論我們說火車的長度是L還是有所縮短（「時延尺縮」效應），無論我們說經過的時間是1秒還是有所延緩，運動參照系中的光速都不再是c。於是，光速不變的基本假設被否定。

如果回答「不是」。那麼光子就被「分身」了。靜止參照系中的光子在2L處，運動參照系中的光子在前方X處。火車的速度越快，X的位置距離2L越遠；火車的速度越慢，X的位置距離2L越接近。也就是說，光子可以「分身」，宇宙中有多少參照系，一個光子就可以分為多少個，以供不同參照系的觀察者去看。嘿嘿，…

不僅如此，每個參照系的觀察者看不到其他參照系中被分身的光子。我們有無限多的「平行宇宙」，每個宇宙都看不見其他宇宙。大家僅在大爆炸開始（t=0）的時刻相互見過一面。嘿嘿，…

不要再自欺欺人了。仍然相信狹義相對論的人應該認真考慮一下，「光在任何慣性系中速度不變」，這個假設到底意味著什麼？是說光子可以無限分身，每個參照系看到的光子的位置都不同嗎？

參照系是什麼東東？

「參照系」或「慣性系」並不是客觀實在物，只是人們用來描述觀察對象的工具，是一種主觀存在。在描述科學理論時，需要把所有觀察對象納入同一體系而不是兩個或多個體系。比如，在上述實驗模型中，火車與地面之間的空間是應該屬於火車參照系，還是應該屬於地面參照系？這個空間是靜止的還是運動的？有沒有「時延尺縮效應」？顯然，沒有任何理論能夠給出明確定義，沒有任何依據確定「兩個參照系」之間的分界線。如果選擇地面做參照系，所有空間及觀察對象都應該納入地面參照系；如果選擇火車做參照系，所有空間及觀察對象都應該納入火車參照系。使用了地球做參照系，就不能同時使用火車做參照系；使用了火車做參照系就不能同時使用地面做參照系。

光是客觀實在物。我們在地球上測量到的光速似乎是不變的，但沒有人測量過「運動參照系」中的光速。顯然，我們應當重新審視「光速不變」的意義。我們可以設想在任何一個足夠大的參照系中（比如在地球上或火星上）光速是不變的或基本不變的。地球和火星之間有相對運動，在火星附近以速度c運動的光相對於地球而言一定不是c。但是光線到了地球附近就變成了c。如果是這樣，光線從火星附近到達地球附近一定發生了變化。這大概還要藉助「以太」假設。以太存在於一切有質量物體的附近，越靠近質量實體其密度越大。光線進入以太密度大的空間光速就變為c。而在真正的「真空」中，在遠離星體的空間中，光速可能不受限制，做慣性運動。當然，由於一般光源的運動速度與光速相比非常小，目前的技術水平還很難測量到這種變化。

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