超光速物體的基本特性

1、超光速物體的基本特性         09-06-15 11:00:00     作者：譚強    編輯：studa090420論文摘要：設(shè)超光速范圍(u>c)的時空變換因子為：k=1/（u/c）2-11/2超光速范圍(u>c)的坐標(biāo)變換為：x=k(x+ ut ) y=y, z=z(1)根據(jù)“相對性原理”，坐標(biāo)逆變換為：x=k(x-ut ) y= y, z = z(2)根據(jù)（1）、（2）得到時間變換為：t= kt-x(1/k

2、2)-1 /u(3)時間逆變換為：t= kt+x(1/k2)-1 /u(4)當(dāng)t=（ t2/ -t1/）>0時，必有t=(t2-t1) >0，即，當(dāng)我們在一個坐標(biāo)系觀測事物發(fā)展為t2>t1時，在另一個坐標(biāo)系觀測事物發(fā)展，必有t2/ > t1/這意味著：在超光速范圍(u>c)，在不同坐標(biāo)系觀測事物的發(fā)展過程，時間具有一致的方向性、不可逆性，超光速不會導(dǎo)致時間倒流。超光速物體的運動質(zhì)量：m=m0/（u2/c2-1）1/2(5)在超光速領(lǐng)域，物體的運動質(zhì)量(m)隨著自己運動速度（u）的增大而減小。當(dāng)物體運動的速度（u）無窮大時，物體的運動質(zhì)量(m)等于0。表明物體的運動

3、速度越大，越容易加速。如果物體的靜止質(zhì)量（m0）不等于0，當(dāng)物體運動的速度（u）慢到非常接近光速時(uc)，物體的運動質(zhì)量( m)趨于無窮大。超光速物體的能量為：E=mc2 =m0 c2/（u2/c2-1）1/2(6)如果物體的靜止質(zhì)量不等于零，m00，則需要供給它無窮大的能量，它的速度才可能減小到光速c。當(dāng)物體的速度無窮大(u=)時，它的能量E=0在光速領(lǐng)域，當(dāng)物體的速度u=0時，它的能量E= m0 c2超光速物體的能量和動量的關(guān)系式為：E=（P2 c2- m02 c4）1/2當(dāng)物體的速度無窮大(u=)時，它的動量P= m0 c在光速領(lǐng)域，當(dāng)物體的速度u=0時，它的動量E=0由此可見，速度u

4、=0和速度無窮大（）的物體，具有某種對稱關(guān)系?！皶r間”和“空間”不能先驗地給定，而應(yīng)當(dāng)由“物質(zhì)”及其“運動”所決定。在宇宙中，并沒有速度上限，因而宇宙空間無限大。在時間上，從大爆炸開始膨脹，許多億億年以后便始收縮，然后再膨脹，再收縮循環(huán)往復(fù)，以至無窮。大爆炸前宇宙有能量、有運動，并遵循能量守恒定律，因而，大爆炸前也有時間，只不過這些時間永遠無法被人們了解罷了。時間，是人們從事物運動發(fā)展的過程中抽象出來的概念，總的來說，廣義的時間沒有開始，也沒有結(jié)束。因此，在超光速領(lǐng)域(u>c)，物體不具有核能E0=m0c2，其能量使用方式正好與光速領(lǐng)域情況相反。物體的能量減少（對外做功，釋放能量）引起其

5、速度的增加，當(dāng)物體的能量減少到0時（能量全部釋放），物體的速度趨于無窮大()。這說明，無窮大的速度是可以達到的，宇宙不存在極限速度，為了得到無窮大的速度，不僅不需要無窮大的能量，反而需要物體向外界釋放全部的能量。當(dāng)物體的能量增加（外界對物體做功，供給能量）引起其速度的減少，必須供給物體的能量無窮大()，其物體的速度才能達到光速c。光速c是超光速領(lǐng)域的最低極限。超光速領(lǐng)域的動量定理表達式為：F= - dp/dt= - d(mu)/dt (7)與光速領(lǐng)域的動量定理相差一個負號。這樣，在超光速領(lǐng)域，物體作圓周運動所需要的不是向心力，而是離心力！但是，由于在超光速領(lǐng)域牛頓第三定律依然成立，故動量守恒定

6、律仍然適用。當(dāng)u>>c時F=-m0uc3a(8) 上式表明：當(dāng)u>>c時，物體運動加速度a的大小，與它所受的合外力F、速度u、靜止質(zhì)量m0的大小成正比，其中，c3為比例常數(shù)；a的方向與F的方向相反。與牛頓第二定律不一樣。下面，我們討論物體的碰撞情況：質(zhì)量為m的小球B靜止不動，質(zhì)量為M的小球A，以速度u（u>>c）沿x軸正方向（向右）與小球B發(fā)生彈性碰撞后，速度變?yōu)閡。 小球A速度變?yōu)関。原來靜止的小球B受到外力為動力（方向向右），故能量增加，速度也增加，但vcu。 小球B的速度永遠達不到c。小球A受到的外力為阻力（與其運動方向相反），故能量減小，但速度反而增

7、加，即u>u>c> v。即碰撞前后，超光速的小球A的運動速度，始終大于小球B的運動速度。在碰撞那一刻（t0），小球A能夠突破小球B所占的時空而穿越它！這種效應(yīng)是時空的基本屬性引起的,與小球A、B具體結(jié)構(gòu)無關(guān)。這是超光速物體具有的最顯著的特性！如果用我們生活的經(jīng)驗進行類比，有點象電磁波能夠突破水泥板所占的時空而穿越它！。用超光速理論對上述現(xiàn)象進行解釋：功能人用意念使藥片等物體處于超光速狀態(tài)，因而藥片可以突破空間障礙，藥片與藥瓶碰撞穿壁之后，速度非常迅速地減小為零，恢復(fù)靜止?fàn)顟B(tài)。在藥片“抖”出藥瓶的錄象畫面，只見一道白光。那是因為，超光速運動的藥片體積變小。由于藥片運動的速度接近

8、光速，故在水平方向的長度接近0，在與運動方向垂直方向的長度不變，因而只見一道豎直白光。一、超光速物體存在的可能性根據(jù)愛因斯坦狹義相對論，物體的能量為：從上式可看出，一切物體的運動速度V都不可能大于光速c（光在真空中的速度）。如果物體的靜止質(zhì)量m0=0（例如光子），它的運動速度V可以達到光速c，但不可能大于光速c。如果物體的靜止質(zhì)量m00，為了把物體加速到光速，就需要無窮大的能量。因此，愛因斯坦認為光速c是宇宙的極限速度。根據(jù)量子力學(xué)的理論，在相互糾纏的微觀粒子（如電子、光子等）之間，存在某種不可思議的超光速關(guān)聯(lián)，如果對其中的一個粒子進行測量，另一個粒子將會瞬時“感應(yīng)”到這種影響，并發(fā)生相應(yīng)的變

9、化，而無論它們相距多遠。這種信息的傳遞是“超光速”的。在宇宙中，既然有始終以光速運動的光子，有始終以低于光速的速度運動的粒子，為什么不會有始終以高于光速的速度運動的粒子呢？也許，宇宙中本來就存在速度始終高于光速的粒子?，F(xiàn)代科學(xué)認為，我們目前的宇宙，起源于大約150億年前的一次“大爆炸”。 爆炸前的“宇宙”的體積無限小，“宇宙”具有的能量E是一個有限值。根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能關(guān)系E=c2m得知，宇宙的能量E部分轉(zhuǎn)換為質(zhì)量，便有了質(zhì)子、中子和電子，原子、分子、銀河系、太陽系、地球、動植物、人類現(xiàn)代科學(xué)認為，對于爆炸前的“宇宙”，當(dāng)今人類掌握的一切科學(xué)知識完全失效。因此，宇宙“大爆炸”發(fā)生那一刻，完全有可

10、能在產(chǎn)生質(zhì)子、中子和電子的同時，也直接產(chǎn)生了超光速粒子。到目前為止，宇宙中被發(fā)現(xiàn)共有4種基本相互作用：引力相互作用、電磁相互作用、強相互作用、弱相互作用。作用的方式是交換粒子，而粒子的運動速度則被限制在光速c之內(nèi)。因此，處在光速中的光子，只能在其迎面方向上受力而減速（例如光在玻璃中的運動速度小于c），而不可能在其運動方向上受力而加速，因為以上4種基本相互作用交換的粒子，不可能從背后追上（真空中的）光子而使其加速。如果宇宙中本來就存在第5種基本相互作用，交換的粒子是超光速的（稱為超子），那么，超子就可以從背后追上（真空中的）光子，發(fā)生碰撞而使其加速。我認為，人類發(fā)現(xiàn)超光速物體是遲早的事情。下面，

11、我們在慣性參照系范圍探討超光速領(lǐng)域（u>c）物體運動的規(guī)律，其目的是企圖發(fā)現(xiàn)新的時空理論、新的物理規(guī)律、新的能源使用方式。二、超光速理論1、超光速時空坐標(biāo)變換與愛因斯坦狹義相對論所建立的時空觀，集中表現(xiàn)在洛侖滋變換一樣，超光速時空觀集中反映在從一慣性系到另一慣性系的時空坐標(biāo)變換式。愛因斯坦狹義相對論建立的兩個理論基礎(chǔ)是：“光速不變原理”和“相對性原理”，由此可求得收縮因子：k=1/1-(u/c) 21/2進而得到新的時空坐標(biāo)變換式洛侖滋變換。在超光速領(lǐng)域，假定“相對性原理” 仍然適用，會不會有一個與“光速不變原理”相對應(yīng)的“某種速度不變原理”呢？如果有，這個“速度”是否會代替“光速”而成

12、為宇宙的極限速度？假設(shè)存在這么一個“速度”，表示為V=nc(n>1)，“速度V不變原理”的數(shù)學(xué)表達式相應(yīng)修改為：x=tnc      （在靜止坐標(biāo)系S）x=tnc（在速度為u的慣性坐標(biāo)系S） “相對性原理”的數(shù)學(xué)表達式為：x=k(x+ut) x=k(x-ut)由此我們可以得到:1/k=1-(u2/n2c2)1/2 但是，當(dāng)坐標(biāo)系運動速度u接近光速c時,1/k=1-(1/n2)1/2這意味著：當(dāng)運動時鐘的速度u接近光速c時，運動時鐘的時間并不趨于“停滯”，運動尺子的長度也并不趨于“0”。為了保證能夠與愛因斯坦狹義相對論的時空銜接，

13、我們只能規(guī)定：n趨于無窮大！假定存在一個“無窮大速度的不變原理”是沒有任何意義的！所以，我們得到的結(jié)論是：在超光速領(lǐng)域，有一個與“光速不變原理”相對應(yīng)的 “速度V不變原理”的假定不能成立！我們不能用推導(dǎo)“洛倫茲變換”那樣的方法，來推導(dǎo)超光速范圍的“時空坐標(biāo)變換”，因為我們?nèi)鄙僖粋€與“光速不變原理”相對應(yīng)的 “已知條件”， 但是，我們可以確定這種“變換”的原則在速度“交界處”（當(dāng)物體運動速度非常接近光速c時），關(guān)于最基本物理量“時間”和“空間”性質(zhì)的結(jié)論，“新理論”必須與“愛因斯坦狹義相對論”具有嚴(yán)格的一致性，兩者不能相互矛盾。在實數(shù)范圍內(nèi)，滿足超光速領(lǐng)域“時空變換”的變換因子，最簡單的只有兩個

14、：K1=1/（u/c）2-1 1/2  和K2=1/1-（c/u）2 1/2 下面，我們只討論K1=1/（u/c）2-1 1/2的情況為此，我們假定：慣性坐標(biāo)系S'相對于固定在地球上靜止的坐標(biāo)系S，以速度u(u>c)沿x軸方向運動，x'與x在同一軸上， 且t=0時，O'與O重合(如下圖)：設(shè)超光速范圍(u>c)的坐標(biāo)變換為：x=k(x+ ut ) y=y, z=z(1)根據(jù)“相對性原理”，坐標(biāo)逆變換為：x=k(x-ut ) y= y, z = z(2)由（1）得到： x=k(x+ut)，在運動坐標(biāo)系S的某一時刻（t=0），測量物體的長度x，則

15、60;                  x=x/ k(3)根據(jù)（1）、（2）得到時間變換為：t= kt-x(1/k2)-1 /u(4)時間逆變換為：t= kt+x(1/k2)-1 /u(5)如果在靜止坐標(biāo)系S觀測某個時鐘發(fā)生的時間間隔為t，在運動慣性坐標(biāo)系S觀測這個靜止于S的時鐘發(fā)生的時間間隔為t，則：t= kt -x(1/k2)-1 /u由于 是由S系內(nèi)靜止時鐘(在S系中沒有移動)所記錄的，對于這個鐘而言顯然有x=0，所以

16、 和 之間的關(guān)系可更簡單地表示為：t=t/k. (6)其中，k=1/（u/c）2-11/2 (7) 以上(1)-（7）式稱為譚強變換。2、運動尺度和運動時鐘A）當(dāng)尺子和時鐘的運動速度c <U1，結(jié)果是：1）              x=x/k ，x <x，即運動的尺子縮短。運動尺子的速度越快（u越大），u/c越大，k越小，尺子縮短的程度越小。當(dāng)尺子的運動速度大到u=2 1/2C時，k=1，尺子不再縮短，其長度與在靜止于地球的坐標(biāo)系測量到的長度

17、一模一樣。運動尺子的速度越慢（u越?。?，u/c越小，k越大，尺子縮短的程度越大。當(dāng)尺子速度慢到非常接近光速時(uc)，1/k趨于0，運動的尺子幾乎沒有長度（x 0）。運動的尺子縮短這種效應(yīng)，是時空的基本屬性引起的,與物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)無關(guān)。2）              t=t/k,因為k>1，所以t < t，即運動的時鐘變慢。時鐘運動的速度越快（u越大），u / c越大，k越小，時鐘慢的程度越小。當(dāng)時鐘的運動速度大到u=2 1/2c時，k=1，時鐘不再變慢，

18、其情況與在靜止于地球坐標(biāo)系觀測到的時鐘一模一樣。當(dāng)時鐘運動的速度慢到非常接近光速時(uc)，1/k趨于0，運動時鐘的時間幾乎“停滯”（t 0）。與運動的尺子縮短一樣，這種效應(yīng)是時空的基本屬性引起的,與鐘的具體結(jié)構(gòu)無關(guān)。B)當(dāng)尺子和時鐘的運動速度u>21/2 C時，k<1，(1/k)>1,結(jié)果是：1）x=x/k, x >x，即運動的尺子伸長。運動尺子的速度越快（u越大），u/c越大，1/k越大，伸長得越厲害.當(dāng)尺子速度（u）無窮大時，1/k趨于無窮大，運動尺子的長度也趨于無窮長。2）t=t/k, 因為k<1，(1/k)>1,所以t >t，即運動的時鐘變快。時鐘運動的速度越大（u越大），u/c越大，1/k越大，時鐘走得越快。當(dāng)時鐘運動的速度（u）無窮大時，1/k趨于無窮大，運動時鐘的運行時間也無窮快。由此可知，從生物的壽命角度考慮，太空飛行的速度并不是越大越好。無人駕駛飛行器的速度則是越大越好，它可以迅速抵達目的地，在壽命問題上也無后顧之憂。這種效應(yīng)是時空的基本屬性