解讀邁克爾遜莫雷實驗，光速爲什麼是不變的？

有這樣一種神秘的裝置，在某些情況下，子彈可以輕鬆穿過，顯示出它的可穿透性；而另一些時候，同樣的子彈又被反彈回來，顯示了它的不可侵入性。

這不禁讓人好奇，爲何同樣的一個物體竟能展現出兩種截然不同的特性？若將此疑問投射至自然界，我們又如何解釋大千世界中各式各樣的物質所表現出的性質之千差萬別？面對這個充滿變化和混亂的世界，我們該如何去理解和梳理這些雜亂無章的現象？

在經典力學的領域內，天文學上就有兩種實驗呈現出明顯的矛盾。其一是雙星實驗，其二是邁克爾遜-莫雷實驗。

在宇宙的廣闊天地裡，不同於太陽系，雙星系統是一個普遍存在的現象。這是因爲在星雲收縮的過程中，會自然形成兩個質量較大的中心，進而形成兩個相互繞轉的恆星系統，它們的質量中心成爲環繞的中心。由於質量分佈的不平衡，小質量的恆星會圍繞大質量的恆星旋轉。就如同地球圍繞太陽公轉一樣，區別在於那個“公轉的恆星”是發光的，使我們得以對它進行觀察。更有趣的是，有時這個恆星的光譜會顯示出紅移，有時又顯示出藍移。這背後的原因是什麼？

由於光具有頻移效應，我們觀察到的星光頻率變化意味着那個恆星正以週期性的方式靠近或遠離我們。這意味着，該恆星正在圍繞某個中心進行公轉。

我們的宇宙是一個整體的系統，由作爲物質的實體和作爲背景的空間共同組成。因此，不存在完全獨立和自由的物體。任何物體的能量都分爲兩種形式，一種是相對於自身運動的動能，由速度來度量；另一種是相對於空間的勢能，由弛豫時間（即頻率的倒數）來度量。

光子的特殊之處在於，它的質量極小，因此它的能量變化主要體現在空間勢能上，這一變化通過弛豫時間體現出來。因此，光速僅表示光子保持其相對於空間勢能所需的速度，反映出光速在空間中的不變性。

因此，當光子離開恆星時，會經歷一個從以速度c運動於恆星到以速度c運動於空間的轉變過程。由此產生的動能或勢能變化，會導致頻率的改變，這就是我們觀察到的光譜頻移的原理。

正是因爲恆星頻率的週期性變化，使我們推斷出它正圍繞另一顆恆星運動。由此，我們證實了光速不變的原理，也就是說，光速僅與空間相關，而與光源無關。

與雙星實驗相對應的是邁克爾遜-莫雷實驗。實驗起初是爲了驗證地球是否拖拽着以太空間。以太被認爲是與物質不同的一種媒介，光線正是通過它傳播。如果邁克爾遜-莫雷實驗觀察到週期性的干涉條紋移動，那就意味着地球在以太空間中有絕對運動；如果實驗結果爲零，則意味着地球與以太同步移動。

然而，實驗結果並未發現干涉條紋的移動。這難道就意味着以太空間隨着地球一起移動了嗎？我們還未下定論。畢竟，地球不可能拖着整個空間運動，一旦離開地面，以太空間會逐漸脫離地球的影響，形成以太風。

因此，邁克爾遜和莫雷將實驗搬到了高山上，期待能夠觀察到由於高度變化而導致的光的干涉條紋變化。遺憾的是，他們依舊沒有觀察到任何變化。於是，經典力學的以太理論陷入了困境。以太空間既不跟隨地球移動，也沒有以太風的存在。因此，人們從邁克爾遜-莫雷實驗得出的結論是，光速僅與光源有關，與空間無關。

如此看來，就像文章開頭提到的那個神秘裝置一樣，光速也展現出了矛盾的一面。在雙星實驗中，光速與空間相關，與光源無關；而在邁克爾遜-莫雷實驗中，光速與光源相關，與空間無關。爲何在同樣的宇宙中，同樣的光線，會呈現出如此截然不同的現象？

對此，我們有兩種認知方法。第一種是歸納法，從衆多現象中尋找共性規律，並將其應用於整個宇宙。第二種是演繹法，即建立一個具體的物理機制，使得不同現象僅是該機制在不同極限條件下的不同表現形式。

就神秘裝置而言，若使用歸納法，我們可以提出一個原理，聲明該裝置同時具備可穿透性和不可侵入性。矛盾似乎消除了，但留下了一個更大的謎題，爲何該裝置具備如此截然不同的性質？

如果採用演繹法，我們可以假設該裝置是一個電扇，其性質取決於子彈與扇葉速度的比值。當該比值遠大於1時，電扇表現爲可穿透性；而比值遠小於1時，電扇則表現爲不可侵入性。通過具體的物理機制，將不同現象隔離在不同條件下。如此，便在時間上避免了矛盾現象的出現，從而解決了矛盾。由此，我們理解了爲何宇宙向我們展現的是各種混亂不一的世界，因爲同樣的物理機制在不同極限條件下表現出了不同的特徵。因此，我們獲得了統一的認識，使現實世界展現出了有序的統一性。

對於遇到矛盾現象的人們來說，許多人傾向於選擇第二種方法解決矛盾，只有“傻子”纔會選擇第一種方法，認爲那是自欺欺人的做法。然而，實際上不僅有人採用歸納法，而且這種方法在獲取足夠信息的基礎上，構建適當的物理機制時，是必不可少的。因此，在應用演繹法之前，我們需要首先運用歸納法來找出不同現象之間的外在聯繫。

對於光速變化的矛盾現象，愛因斯坦採用了歸納法來解決。他認爲，既然光的矛盾現象存在，那麼就將這一矛盾視爲宇宙的基本規律，以消除矛盾。因此，他提出了光速不變原理，認爲在任何參照系上觀測到的光速都是相同的。面對不同速度的觀察者和同一束光，如何測得相同的速度？爲了滿足光速不變原理，就需要重新定義長度和時間，確保測得的光速始終是恆定的c。這就像是用不同語言講述同一件事，儘管表達方式不同，但含義始終如一。

因此，愛因斯坦構建了狹義相對論，使我們有機會認識到物體在高速運動時，其速度的增加會受到空間的限制，不能超過光速。狹義相對論是關於空間效應的唯象理論，建立了不同現象之間的外在聯繫。

當然，對於我們人類來說，這種唯象的理論並不足夠，我們仍不知道爲什麼光速是不變的，這不利於我們深入研究光子的特性。

隨着人類認識的發展，普朗克常數h的普遍存在，以及各種微觀粒子的波動性，都表明我們的宇宙由不可再分的最小粒子（量子）構成。由此，形成了一個有機的量子宇宙觀：

離散的基態量子構建了空間，受到激發的量子成爲光子，由高能量子組成的封閉體系便是物質。

根據量子的物理機制，運用演繹法，我們理解了上述兩個關於光速的實驗矛盾。由於光速是光子保持其相對於空間勢能的速度，因此光速相對於量子空間是恆定的。

當量子受到激發成爲光子時，其速度首先服從於光源的內空間，相對於光源以速度c運動，這屬於邁克爾遜-莫雷實驗的情況，即短距離的極限情況；

當光子進入外部的量子空間時，光子通過與空間量子的碰撞，逐步改變其速度，保持其相對於空間的速度恆定。由此引發的動能變化，由光子的勢能補償，表現爲光的運動頻移。這就逐步過渡到了雙星實驗的結果，光速不再與光源相關，光子轉變爲相對於空間以速度c運動。因此，藉助量子的物理機制和光子傳播的距離，將兩個矛盾的實驗分隔開來，避免了矛盾的出現。

這就是我們用電扇的物理機制來解決神秘裝置問題的做法。作爲引申，我們可以將宇宙中的各種不同現象，都歸結爲量子及其不同狀態的變化，歸結爲量子空間的破缺（不對稱碰撞）。

綜上所述，儘管雙星實驗和邁克爾遜-莫雷實驗呈現出矛盾的現象，但我們可以以此爲契機，構建具體的物理機制，將矛盾的現象分隔在不同的極限條件下。因此，我們運用演繹的方法，將獲得的物理機制應用於宇宙的各個方面，使我們獲得了統一的認識。