运动波支持物体超光速运动

左可

摘 要：物体都具有波粒二象性，但波动性是经典物理学的难点。本文尝试研究波动性在平直空间对物体运动可能产生的影响，发现娲和娲子两个因子，弥补了狭义相对论定域性原则的不足，并发现波动性支持超光速，以及非定域时间和因果律的连续和线性统一。最有意义的是：牛顿三大定律和狭义相对论，以及运动波这三者可以携手成为平直空间的统一理论体系。

关键词：运动波；超光速；狭义相对论；波粒二象性

狭义相对论立足于平直空间的粒子运动规律，被实验检验，充满科学的睿智。但狭义相对论没有涵盖物体运动的波动规律，产生光速不可超越的限制，导致了科学进步的沮丧。众所周知，物体具有波粒二象性，平直空间物体运动不包括波动性是不完整的。这不是相对论的错误，而是整个物理学陷入的两难境地。一方面物体的波动性明显不属欧几里得空间，但推导非欧的波动性又缺乏平直空间的基础手段；另一方面，要在平直空间推导物体的波动性，又面临波动性的非欧状况，而无从着手。本文绕开波动性的运动方程这一难点，着眼于平直空间中波动性对物体动能、动量、质量产生的影响，以及可能对运动物体时空变化的影响入手。结果推导出娲和娲子两个波动因子，一是解决了长期困扰物理学的狭义相对论奇点问题（，的问题），发现运动波支持超光速，填补了平直空间狭义相对论的基础波动性理论；二是意外发现牛顿三大定律可以在波动性补充之下，与狭义相对论三者统一为平直空间物理理论的一个整体，且明确了动能、动量、质量的内在联系规律（简称三量定律）。

1 运动波广泛存在

实际上，太阳系引力场及其行星的圆周运动等宏观现象，已经明显揭示出运动波的客观存在和作用（未免与运动场、速度场等约定俗成的概念冲突，以下统称运动波）。例如，著名的爱因斯坦转盘（其实就是儿童陀螺玩具），用于展现引力场的局部等效性和协变性。我们在圆盘边上钉上一个钉子，钉子穿过一根筷子（中央），筷子两头挑上两个鸡蛋（同质量）。

如图Ⅰ（这个实验引用他人）。当圆盘开始转动时，只要r1R，两个鸡蛋必然围绕钉子O'，作与ω0反向的ω'圆周运动。两个鸡蛋，一根筷子的体系没有引力影响，没有惯性力，仅受O'点，沿圆盘切向的推力，它为什么以ω'角速转动？要理解转动原因，我们看图Ⅱ，如果保证r1=r2，再转动转盘，两个鸡蛋A、B将不再围绕钉子O'转动。

这是因为r1=r2，F 对A、B 的加速度一样，导致速度一样，筷子两头动量矩平衡。而图Ⅰ中VA=VB，但r2>r1，VA-r1ω0>VB-r2ω0，两头动量矩不平衡，从而产生旋转。

沿R 线点上几个黑点，当转盘以ω0匀速转动时，圆盘出现一圈圈等速线。这是一个看不见摸不着的场（运动波），速

度与R成正比，曲率为（借用数学概念），梯度grad（v）为ω0（为梯度矢量）。鸡蛋旋转是由动量矩导致，而产生动量矩差异的本质，是运动波的梯度。或者说，梯度场推动了鸡蛋旋转。当筷子长度小于圆直径，则ω'>ω0。大多数行星自

转正是由于运动波的推动。而当R→∞，即曲率=0的远处，可以近似为平直空间。如果转盘换成引力场，则速度场的高斯

曲率K=-，梯度grad（V）=（k'由引力质量和引力常数决定），圆周率>π的运动波（罗巴切夫斯基空间）。我们设想一下：太阳系九大行星运行到同一径向线，引力场突然消失，行星的运动波会突然消失吗？当然不会，消失的只是曲率，速度梯度为常数，行星以不同速度匀速飞向远方。

再假设，找一根筷子，一头挑着地球，一头挑着火星，中间钉一个不动的钉子，然后引力场消失。结果很显然，与鸡蛋的转动一样。由此说明，运动波受引力场的等外部因素影响而改变结构形态，但其本质不依托外部因素而存在。这样的例子比比皆是，如小孩的陀螺、子弹飞旋。那么，除去引力场和螺旋运动之外，平直空间单一物体匀速运动的运动波情况如何？

有一个不为人注意的例子，证明运动波的客观存在。在多普勒红移现象中（详细情况参见各类相对论书籍），当光源与观察者相对运动靠近时，即相对速度为正，接受频率为：

当两者远离时，即相对速度为负，接受频率为：

下面分A、B、C三种情况讨论：

A.当其他条件不变，只有速度方向前后掉转，红移出现不合理现象：两者能量变化的绝对值不等，|△EV︱≠|△E-V︱，|△v1·h︱≠|△v2·h︱。当V接近c时，差值巨大，违反能量守恒定律和对称性原则。

B.如果说光量子能量损失或增加是因为观察者自身动能产生，那么速度相同、质量不同的观察者接受红移信号，必然不同。这显然违反一般常识。

C.在运动的垂直方向，即光源与观察者不出现相对位移情况下，仍然出现一个红移值，仅仅用相对位移不足以解释。

原多普勒效应公式是精确的。尤其是观察者与光源位置连线与运动方向保持一致时是连续的正解，垂直方向也是正解，其他方向为精度极高的近似值。但上述问题，除非相对论错误，否则唯一能够满足3个条件的解释是：存在相对运动的运动波，它与电磁波相互作用，从而改变电磁波的频率和能量（相对），垂直方向亦然。

综上所述，物体始终存在波粒二象性，由运动速度产生的运动波广泛存在。不仅在静止时以质量的形式显示出其内在粒子构成和微观场波动，而且在运动中，同时存在粒子位移的惯性运动和由此产生的空间波动。运动波明显是非欧的，具有内禀特质，由运动引发，为速度的函数，一定程度能改变物体内在的无序态，且运动波必然与环境场相互作用。

但是，我们不能简单地把±V导致的能量差，作为计算运动波的突破口。比如，加入波动系数，来使△Ev=△E-v·k。实际上，也永远抹平不了。同样，在解决引力场中运动波的协变性之前，我们优先需要解决的是，平直空间中运动波对粒子运动的影响方式及其表达形式。

2 从经典物理规律中推导波动参数

很显然，运动波是非欧的，在平直空间推导运动波运动方程是不现实的。所以，还是从能量着手。相对论所以光耀百世，就在于E=MC2深刻揭示了物质本质特性，涵盖了物体宏观到微观全部能量构成，并以量子态形式将物体包容的各种物质能量和场能量进行等价估值。因此，它应该也必须包容物体由运动产生的运动波能量。为此，设运动波系数：ζ（发音为娲，以此对应洛伦兹因子K，γ0）。

则有：

即：（下面将γ0为洛伦兹因子，把γ称为洛伦兹堂因子。相对论有意区分二者，实际就是堂兄弟，甚至一体两面，在不同对象条件下，不同作用而矣）

这里提出一个大胆假设。经典物理的动能（量）、动量和质量表述，暗涵一个完备的对应性定律，即：

尽管我们知道，为V﹤﹤C时，的近似值，但并不影响这一完备对应性所展示三量内在规律（V﹤﹤C）。而且，我相信这个规律，应该也必然覆盖物体运动的总动能和总动量、总质量，且与速度大小无关。这一规律有两个物理意义：

（1）运动物体的总动量（包括全部粒子运动和波动），是物体运动总动能随速度变化的趋势的表述。

（2）运动物体的总质量，是物体运动总动量随速度变化的趋势的表述。

以上两条姑且称为“三量定律”。实际上，狭义相对论并不排除P=MV的动量表达形式。但其推导的三量不满足以上两条。尤其是，既保留动量的表达形式，又破坏第二条的完备对应性。引用爱因斯坦对量子物理的评价，不完备性是令人无法忍受的。对上面两条，现今许多物理学者都有类似的看法，如《宇宙的结构》。

在这个假设条件下，我们有A、B两种情况：

A. 运动物体的总动能：

其中：EV为粒子运动动能；EP为波动动能；E0 为静止能量

B. 运动物体的总动量：

其中：为粒子动量，为波动量

注意： 为运动的合成矢量速度（包括波粒二象）。

这样，有两个变量ζ和，且分别为V的函数。可以设ζ=f1（V），=f2（V）。

按照“三量”定律，有两个方程式：

则简化公式为：

即：为二阶齐次方程式

存在两个特解：且非线性相关

∴通解为：

甚至，可以求得：

但是，以上为数学求解。从物理意义角度，不论特解还是

通解，都应该符合物理规律。其中，，代入上述动能和质量公式，当V从0趋向∞增加，动量、动能反而减少并逐渐归零，不符合客观实际，不可取。

所以，只存在一个解： 且v≧0。

从符合物理意义讲，应为：（c1为任意常数）

则：

将ζ代入方程（1）：=f2（V）= C（常数、光速，令人惊异）

我们知道，当v=0时，ζ=1，则c1只能为1

即：

两个神奇的答案反证了“三量”定律的假设可行性。全新内涵的动量表达式：P=MC，它带给我们丰富的联想。尤其是出现了“三量”定律的简洁完美形式： ，，且满足：，。另外狭义相对论中，光量子的动能与动量关系式为：Eg=C·Pg。显然，Pg=MC。该等式证明，微观量子态下，支持P=MC这个表达式。

给我们丰富的联想。第一，当v=0时，，把称为物体静态（内在）动量，其物理意义与是一以贯之，承上启下。那么，，称为物体动态（外在）动量。第二，

把按泰勒公式展开：…。可见，当v<所以，经典物理定义的，只是本文物体外部动态动量在v<