重大发现,康德现象学哲学推翻爱因斯坦狭义相对论
或者从上至下兼容,提供完备的物理学解释
关键词:特雷尔旋转,康德哲学,现象学,尺缩效应,钟慢效应,狭义相对论,太极,阳明心学
摘要:本文先分析特雷尔旋转效应理论计算,结合特雷尔旋转实验结果,以康德哲学和东方传统哲学洞穿其中的奥秘,纠正了狭义相对论中的错误。可以说从上至下兼容了狭义相对论,给狭义相对论提供了完备的物理学解释。还原了科学本来面貌。正是因为发生特雷尔旋转,在三维立体坐标系上降维投影,就有了长度变短和时间变慢的影子效应。
玻尔曾说:“完备的物理解释应当绝对地高于数学形式体系。”
霍金在《时间简史》中说:“如果哲学仅余下的任务是语言分析。这是从亚里士多德到康德以来哲学的伟大传统的何等的堕落!”
哲学的重要任务就是要指导物理学研究。
本文用哲学为狭义相对论提供完备的物理学解释,对狭义相对论进行修正。或者说是完全推翻了狭义相对论,或者说从上至下兼容了狭义相对论。
数学家洛伦兹为了解释迈克耳逊莫雷实验,提出了洛伦兹变换。解释了光速不变的实验结果。洛伦兹也提出了长度缩短和时间变慢的物理学解释。
1905年,在洛伦兹的基础上,爱因斯坦提出了狭义相对论。沿用了洛伦兹关于物体接近光速飞行,长度缩短和时间变慢等物理学解释。
直到1959年,詹姆斯•特雷尔(James Terrell)和罗杰•彭罗斯(Roger Penrose)才指出,由于测量方法的限制,长度收缩效应并非我们能看见的,也就是说,“测量”和“观看”是不一样的,“测量形象”并不等同于“视觉形象”。
经过James Terrell的严格推算,他发现视觉观察根本看不到尺缩,取而代之的是一个在运动方向上的旋转角度,即称为Terrell旋转。
一、特雷尔旋转效应的理论计算
我们以一个特例来复现这一过程。
沿用大学物理课本的假设,一个正方体沿y轴行进,观察者垂直yoz平面观察,观察者距正方体足够远,故到达观察者处的光可视作平行光。
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图1 特雷尔旋转示意图
边ef在正方体的后面,其发出的光较边ad晚了时间l/c,故当面abcd发出的光到达观察点时,同时到达观察点的来自ef的光并不来自此刻的ef,而是来自此前的ef(如图a)。
经过简单计算,观察者看到的影像由出现的侧面adef和尺缩的正面abcd组成,尺寸如图b所示,只用到了简单的运动学公式和尺缩效应的变换公式。
到这还没完,经过细心观察,我们不难发现这一正视图隐藏的秘密—该影像实际上等同于原来的正方体转过角度θ=arcsin(v/c)后的正视图,如下:
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图2 特雷尔旋转示意图
这一精妙的结果直接推翻了爱因斯坦和洛伦兹的论断,再先进的摄像机也无法观察到尺缩效应,只是看到物体的旋转。
对于其他形状的物体,我们类似地可以得到一样的结果,但推导需要较高的数学水平。
从哲学角度分析,可以说特雷尔旋转已经完全推翻了狭义相对论了,也可以说兼容了相对论。接近光速飞行的物体发生旋转,旋转是在三维立体坐标之外的另外一个维度。投影到三维坐标系,就是长度缩短,时间变慢。如果需要精确描述,应该要增加一个旋转的维度。
正是因为发生旋转,在三维坐标系上投影的长度就变短了。旋转的角度正好是:θ = arcsin(v/c)。投影缩短,正如图所示,正好是狭义相对论当中的尺缩效应公式。和洛伦兹变换也是保持一致的。
我们发现图2中旋转角度为θ,投影为余弦,光速是保持不变的,只是速度的矢量方向发生了改变。
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图3 特雷尔旋转示意图
我们通过简单的速度矢量三角形,长度的投影三角函数就可以得到洛伦兹变换或者狭义相对论中的长度缩短效应。
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注意从哲学角度看,长度缩短,时间变慢都是在康德的现象界之中。不会像大家普遍误解的那样,额外有个物理实在中,有长度缩短和时间变慢这个东西存在。长度、时间和速度这样的基本物理量,也是在康德现象界之中存在,或者东方哲学的相中存在。
正如阳明心学所说:看飞船的时候,长度,时间,颜色,方圆形状一下子鲜明起来。不看飞船的时候,飞船和你的心归于孤寂状态。
正如康德现象学中讲,在物字体也就是本体层面,是没有长度、时间、颜色、方圆形状等存在的。更没有长度缩短,时间变慢存在,这一切只是在现象界之中,不会有什么额外的物理实在存在。
因此区分测量和视觉(观察)是完全错误的,不符合哲学的根本规律。
假设宇宙飞船进行匀速圆周运动,投影到一维坐标上变成简谐振动。在中间速度快,时间加快;在两边速度变慢甚至停止,时间变慢。
特雷尔旋转,投影的长度缩短,同时也会造成时间变慢的错觉。这就是钟慢效应的本质。如下图所示:
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图4:钟慢效应示意图
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从以上公式当中,可以看出钟慢效应也和特雷尔旋转的角度有直接关系。
二、特雷尔旋转效应的启发
特雷尔为了和权威的狭义相对论兼容,小心翼翼地提出来测量和视觉(观察)两个不同的概念,试图在狭小的狭缝中生存,调和两者的矛盾。
我们先来看看它们是如何定义的,再用哲学分析其中需要纠正的地方。
(一)测量
定义:通过理论计算或工具(如尺、钟)在某一参考系中直接获取物理量(如长度、时间)。
依赖条件:基于洛伦兹变换公式,忽略光传播时间的影响(即“瞬时记录”)。
典型例子:
·长度收缩:在静止参考系中测量运动物体时,其沿运动方向的长度会缩短。
·时间膨胀:运动的钟比静止的钟走得慢。
本质:是狭义相对论中四维时空几何的直接数学结果,与观测者是否“看到”无关。
(二)视觉
定义:人眼或摄像机实际接收到的光信号形成的图像,依赖于光从物体传播到观测者的路径和时间。定义:人眼或摄像机实际接收到的光信号形成的图像,依赖于光从物体传播到观测者的路径和时间。
依赖条件:
·光速有限(c),不同部分的光到达观测者的时间不同。
·涉及光行差(aberration)和多普勒效应等。
典型例子:
·特雷尔旋转(Terrell Rotation):当物体以接近光速运动时,视觉上不会直接看到长度收缩,而是会看到物体发生旋转。这是因为物体不同部分发出的光在到达观测者时存在时间差,导致图像几何变形。
·场景类比:类似于从远处看一辆高速行驶的汽车,其视觉形状可能因光线延迟而扭曲,但实际测量仍符合长度收缩。
从哲学的角度分析,测量中完全离不开观察,也离不开视觉,都在哲学的现象界当中。
洛伦兹变换、狭义相对论当中的公式,甚至基本的物理量,也都离不开观察,离不开意识。
不仅仅如此,物理学当中的很多公式理论,都离不开观察者,离不开观察,离不开意识。
薛定谔在《生命是什么》中讲:为什么在我们描绘的科学世界的图画中任何部分都找不到感觉、知觉和思考的自我?原因可简单用一句话来表示:因为它就是那幅画面本身。它与整个画面相同,因此无法作为部分被包括进去。
我们来看看科学画面当中是否真的含有主体信息,含有意识信息。
时间:这个科学画面是最基本的。时间当中含有主体信息吗?时间是由于心去观测外在事物的产物,是人认知的一种错觉罢了。日月轮回,让人有时间的错觉。时间也是离不开观测的,离不开主体信息的。狭义相对论中,接近光速飞行的宇宙飞船,时钟会变慢,这也是离不开观测的。古人讲:天上一天,地上一年。这样讲也是有道理的。
空间:空间也含有主体信息。空间也是主体认识客体实相的产物。相对论中,空间弯曲也是由于观测的结果。方圆大小长短等概念都是在康德的现象界之中。康德的物自体是没有这些概念的。当然相对论和实验符合非常好,因为实验也是在现象界中进行的。空间弯曲的效应,如同我们在开车的时候,观测远处的道路,画面也是弯曲的一样。
长度:长度也含有主体信息,意识信息。相对论中,接近光速飞行的飞船,长度会变短。长度的实相是无短无长的,在现象界中是变化的。正是因为在观察者眼中,接近光速飞行的宇宙物体发生特雷尔旋转,因此,在三维坐标系当中的投影就变短了。尺缩效应是从高维降维了,忽略了特雷尔旋转这个维度。同样的,投影看着出现了钟慢效应。测量当中,处处都离不开长度测量,也离不开时间测量,因此,也无法离开观察和意识,无法离开观察者。
速度:速度等于长度除于时间。长度、时间都含有主体信息,速度自然也是如此,光速也是如此。光速含有主体信息,离不开观测者。光速不变,是在观测者眼里不变。不仅仅是速度,动还是静,都离不开观测者。禅宗风动还是幡动的公案、芝诺悖论和惠施飞鸟之影公案等都生动而深刻地阐释这一点。我们已经知晓离开主体,没有动,也没有静。
什么是同时呢?测量的概念当中,测量接近光速飞行的飞船的长短,也需要同时记录下飞船的首尾两端。所谓同时的概念,就是在康德的现象界之中,观察者一瞬间一起接收到飞船首尾两端的光,这就是同时。测量,完全不看尺子,不看飞船如何测量呢?因此测量离不开观察。
为了解释旋转的理论计算结果,特雷尔特意提出测量中,有长度缩短和时间变慢的效应。而且这是物理实在!完全符合洛伦兹变换和狭义相对论中的数学,这是很理性,很客观的,和主观的观察没有任何关系。因为主观的观察,要考虑到光速的传播过程,传播速度。
这在康德的现象学哲学当中是严重错误的!如果康德在世必然会提出严重的批判,那是第四部理性批判了。
所谓长度,时间,空间,方圆大小长短等等,都是在现象界当中的,离不开意识,离不开观察。更何况是所谓的长度变短,时间变慢呢!更是离不开意识和观察,更是在现象界当中。
在康德哲学当中,除了现象界,并没有什么额外的实在!正所谓观察创造实在。正如爱因斯坦一直在思考月亮的问题,看月亮的时候,月亮一下子鲜明起来。不看月亮的时候,月亮和你的心归于孤寂状态。
不看不观察飞船的时候,飞船和你的心归于孤寂状态。长度缩短效应,时间变慢效应也就烟消云算了,不复存在了,如同镜中花水中月。
长度缩短和时间变慢如同天上的月亮。看的时候,一下子鲜明起来。不看的时候,和你的心归于孤寂状态。
测量的概念中,试图处处摆脱主观,尽可能地客观科学。也就是摆脱观察者、观察和意识,试图处处遵循唯物,和所谓的唯心划清界限。但是如何能够摆脱得了呢?正如每个人的影子那样,不管你如何跑,如何跳,都是无法挣脱的。这正是人们根深蒂固的错误观念,正是因为无法接受意识在物理学中的作用,才阻碍人们看到真相。物理学诺贝尔奖得主的《物理学遇到意识》一书中,把物理学和意识之间的关系已经讲得很清楚了。
测量的概念中,试图直接通过数学理论,比如洛伦兹变换,狭义相对论的公式,知道物理实在。但是这些公式定理当中,无一例外地用到了位置信息,长度,时间,速度等基本物理量。前面从哲学已经探讨过,这些基本物理量都包含了观察和意识本身,极其隐蔽。
爱因斯坦一直爱问一个问题:月亮是不是看的时候才存在,不看的时候不存在呢?为什么他爱问这么简单的问题呢?必定是困惑他很久的一个问题。中国古话讲:大道至简。乱花渐欲迷人眼,浅草才能没马蹄。这个问题也不是他随便问问,必定和物理学有千丝万缕的联系。从这个问题可以看出,只有哲学方能够给他满意的答案。
500年前,中国有位大圣人王阳明先生,他讲:看花的时候,花的颜色一下子鲜明起来。不看花的时候,花和你的心归于孤寂状态。
从王阳明心学当中,就可以破解爱因斯坦的困惑了。
正是因为王阳明先生在贵州龙场悟道以后,方能够一下子明白这个问题。这就是大道,也是中国传统文化的精华。
薛定谔在《生命是什么》中讲:我们的科学—希腊科学,是以客观性为基础,它切断了对认知主体、对精神活动的恰当理解之通路。我们认为这正是我们现有思维方式所欠缺的,或许我们可从东方思想那里输一点血。但这决不是那么简单,我们必须谨慎提防其中的谬误—输血总需要非常小心地防止血浆凝结。我们不希望失去我们的科学思想已经达到的逻辑上的精确,那是任何时代任何地方无法比拟的。
薛定谔已经看到把主观和客观割裂,把主体和客体割裂的思维方式是欠缺的。渴望从东方输血,而王阳明心学正是东方文化血液的精华所在。东方的理学,正是要穷尽天地万物之理的,用来破解物理学中的迷障再合适不过了。
不仅仅是东方哲学,西方哲学当中的精华就在那里,只是后人对古希腊哲学精华的误解罢了。康德可以说是古希腊哲学的集大成者,现象界当中才有月亮,花朵,万物等等。现象界当中才有长短,时间,大小,方圆,动静,速度等等。在本体当中是没有这些概念的。因此,所谓的长度缩短,时间变慢,也必定是在现象界之中,现象界之中就是所谓的实在,也就是说,观察创造实在。测量也是在现象界之中,实验也是在现象界中。因此,特雷尔区分测量、观察和视觉是错误的。
可以说,特雷尔从理论和计算都推翻了狭义相对论,长度缩短和时间变慢并非真相。只是因为接近光速飞行的物体发生了旋转,投影在三维立体坐标上,缺少了旋转的维度,降维了,就看到了长度缩短和时间变慢而已。
三、特雷尔旋转效应的实验验证
近日,维也纳理工大学的实验室里,一个困扰科学界六十余年的谜题终于被揭开—这就是著名的“特雷尔-彭罗斯效应”的真实样貌。“高速运动的物体会变得瘦长”—这似乎已经成了物理学的“常识”。但真相远比常识复杂得多。维也纳理工大学的科学家们首次用实验数据证明,当物体以接近光速运动时,观察者看到的不是压扁的形状,而是一个像在三维空间里扭曲旋转的物体。
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图5:特雷尔旋转实验示意图
他们的实验涉及了两个关键要素:超短激光脉冲和超高速门控相机。这些仪器让物理学家能够捕捉物品在模拟中的超高速运动。他们使用一个边长为1米的立方体和一个球形物体,每次只拍摄一个非常薄的光片,通过组装无数个切片,实现了物体高速运动时的“快照”。如此一来,物理规律得以在实验室环境里被真实模拟,为验证理论提供了直接数据。
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图6:特雷尔旋转实验示意图
这项实验的初步结果是令人兴奋的,验证了特雷尔-彭罗斯效应的正确性:高速运动的物体并不会变得扁平,而是展现了某种奇特的旋转外观。
就在争议声此起彼伏的时候,维也纳团队的后续实验揭示了一个令人意外的真相。他们的研究结果不仅验证了特雷尔-彭罗斯效应,还进一步揭示了视觉感知与物理现实之间的微妙联系。观察者看到的图像并非物体真实变形,而是光线传播的几何特征“欺骗了”人类的眼睛。这听起来像是一个哲学问题:看到的究竟是真是假?
本文就是从康德现象学视角提出批判,实际上视觉感知就是在现象界,所谓的长度缩短和时间变慢也是在现象界,并非所谓的物理实在。正所谓观察创造实在,除了现象界,并非有个什么额外的物理实在。观察创造实在就是在现象界之中。正如《金刚经》中讲:一切有为法,如露亦如电,如梦幻泡影,应作如是观。不仅仅是长度缩短,时间变慢;长度和时间这样的概念,速度这样的概念,都只是存在于现象之中。并非存在于本体、康德的物自体之中。在康德物自体之中,是没有大小,方圆,长短,高下,颜色概念的。
对于球形物体的实验尤其引人关注。当渐次对球体模拟进行实验时,科学家发现,高速运动的球体不仅保持圆形,从某种角度还能让人看到它的背面。
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图7:特雷尔旋转实验示意图
这就像是用肉眼偷看了超越三维空间的“另一个维度”—彭罗斯在六十年前的设想就这样被证明是真的。
的确如此,接近光速运动,需要增加额外一个维度描述,就是旋转。正是因为缺少一个旋转的维度,把这个维度硬生生投影到三维立体坐标系当中,就产生了长度缩短和时间变慢的错觉。这属于降维。
古老中国有个太极的概念,实际上这也涉及到杨振宁先生的宇称不守恒。之前西方思维中根深蒂固认为宇称是镜像对称,但是在东方思维中太极对称是文化基因,同样也是根深蒂固的。因此杨振宁很容易突破这个认知缺陷。同样道理,心物一元,主观和客观合一,不是唯物也不是唯心这样的思维方式在东方文化中也是根深蒂固的。而主观和客观分离,心理和物理分离,物质和意识分离,这在西方思维中是根深蒂固的,也正是这样的重大思维缺陷,令我有这样的机会,发现原来狭义相对论中存在明显的缺陷和不足。
宇宙的宇称并非简单的镜像对称,而是太极旋转的宇称。我们需要重新定义宇称,太极宇称是宇宙普遍存在的,不管是微观世界,还是高速运动的飞船,还是在宇观世界之中。我们重新定义宇称后,扩展到了宇宙每个角落。中国古书《道德经》中讲:万物负阴而抱阳。
这样的理论验证不仅是科学家的胜利,也是对人类认知能力的一次挑衅:世界是我们看到的样子,还是它本来的样子?
心理学研究也有一个重要结论:一切都逃离不出你的觉知,不存在觉知之外的东西。心理学和哲学在这里汇合了,所谓的感知和觉知,就是现象界之中。所谓的特雷尔效应就是视觉感知,也是感知的一种,就是现象界的结果。什么是真实呢?什么是实在呢?观察创造实在,现象界就是所谓的实在。从哲学角度,完全不需要额外开辟一个物理实在,安放爱因斯坦所谓的长度变短和时间变慢。除了现象界,长度和时间都无处安放。
四、小结
以上,我们从特雷尔效应理论计算,特雷尔效应实验,洛伦兹变换当中隐藏的旋转,康德哲学的分析,真相已经完全浮出水面。正是因为发生旋转,在三维立体坐标系投影就有了长度缩短和时间变慢。旋转是额外的一个维度,忽略旋转降维就有了长度缩短和时间变慢。正是因为薛定谔所说的集体思维缺陷,造成哲学上的错误。认为长度缩短和时间变慢存在于物理实在之中,这是严重错误的。由康德的现象学可以知道,并没有什么额外的物理实在安放尺缩效应和钟慢效应,一切都在感知之中,在现象界之中。特雷尔效应并非仅仅是视觉错觉,这就是真实的,也就呼应了观察创造实在这句话。
《物理学遇到意识》中讲:或许有一天,有个年轻人站出来说,嗨,这就是我把物理学统一起来的方式,实现了物理学大统一。