戴榕菁
1. 本文的背景 長期閱讀我的中文博客文章的讀者或許還記得今年初academia.edu上的一位被我戲稱為醉拳師傅的對我的寫作曾引起好一陣波瀾（【[1],[2],[3],[4],[5],[6],[7]】）的作者Henri和他一篇文章【[8]】。Henri和他的那篇文章將又是本文的主人公。之所以時隔半年後又把Henri和他的文章拿出來討論主要有以下這幾個原因： 其一，我個人認為他的那篇文章很有意義，如果不被埋沒的話，未來有一天有可能會被認為具有歷史價值。不過目前只有我一個人看到了這一點，Henri本人都沒有認識到這一點，他只是一味盲目地熱衷於宣傳說他的文章可以幫助證明從沒發生過大爆炸。 其二，今年年初我還沒有證明E = mc2/2，在那個時候，我對於能量與質量的關係還比較困惑，有一度一直認為只有勢能才對質量有所貢獻。在我年初與Henri的文章有關的博客文章中充分表現出我的這些困惑，而這種困惑也直接影響了我當初對於Henri的文章的評論。所以現在有必要對當初我在文章中的錯誤進行一下糾正。 其三，Henri的文章中確實存在着邏輯混亂的陳述，這與他結果之漂亮顯得格格不入。這是我當初戲稱他為醉拳師傅，甚至一度懷疑他是否如同油管上那位不露臉不報名頭卻能把包括很多物理學界一線牛人在內的網上科普頻道一針見血地數落得淋漓盡致以致於被認為象外星人的dialect一樣是故意打擦邊球用錯誤抵消錯誤得到正確的結果。而我當初在證明E = mc2/2之前對於質量和能量關係的誤解也加重了我對Henri的各種誤解，尤其是對他為什麼可以通過一系列的錯誤的邏輯思考得出正確的結論的原因的困惑。但是經過一段時間與他在網上的討論和私信交流，我發現Henri只不過是一個固執的學者，一心想着用他的理論來推翻大爆炸，卻沒曾想他在追求那天邊摸不着的雲彩時，卻失去了手裡原本捧着的磚石；而我本人在證明E = mc2/2（【[9],[10],[11],[12],[13]】）之後對於能量質量關係的認識的更新也使得我對於Henri的巧合背後的原因的理解。 其三，Henri的文章在一定程度上為E = mc2/2之正確性提供了間接的實驗證據。 其四，Henri的理論對如何正確認識量子波提出了新的挑戰。 2. Henri理論之回顧 這裡先回顧一下Henri的那篇文章的內容： 有悖於現代物理學中有關光的官方知識，Henri在他的文章中將光處理為具有6個自由度且質量為m的粒子，其運動速度為c（即我們通常所說的光速）。然後他運用關於6自由度的分子運動論得出每個光子的總動能為6 X kT/2 = 3kT。然後再運用愛因斯坦的質量能量關係 E = mc2並根據光子的勢能為零，得出3kT = mc2。 眼尖的讀者應該已經看出他的問題：假如光子沒有勢能，那麼根據中學物理的常識，它的總能量應該是mc2/2而不是mc2。不要緊，我們接下去看他如何將錯就錯最後得出出乎意料的漂亮結果的。 接下來，他又用到普朗克-愛因斯坦的光能公式：E=hf並將它與愛因斯坦的質量能量關繫結合，從而得到：hf = mc2。然後他將3kT = mc2與hf = mc2結合得出hf = 3kT。馬上我們就會看到這個結果有多漂亮。 前面提到他的光子總能量由於不包含勢能應該是E= mc2/2，因此為了仍然得到3kT = mc2這個結果，他的光子就不能是6自由度，而只能是沒有體積的3自由度粒子，因為根據分子運動論，3自由度粒子的總動能為3kT/2。 從網上我們可以查到： k=1.380649 × 10-23 m2 kg s-2 K-1 h= 6.62607015 × 10-34 m2 kg / s T=2.72548 K Henri將這些值代入了hf = 3kT，並可以得到： f=170.369 x 109 Hz = 170.369 GHz 而維基解密上給出的由現有的宇宙微波背景（CMB）模型得出的值是 160.23 GHz【[14]】。考慮到按照現代物理學的標準來看的話Henri的上述模型非常粗糙，170.369與160.23 之間如此之小的誤差已經足以令人驚訝。但還別急，Henri的結果表明如果按照現有的CMB模型得出的宇宙背景溫度來計算的話，Henri的模型得出的輻射能量大於由CMB模型計算出的輻射能量。但另一方面，我們知道今天宇宙學中的直接測得量不是宇宙背景溫度，而是宇宙輻射的頻率。所以，我們不應該按照Henri自己的上述步驟來評判他的模型，而應該反過來按照官方給出的宇宙背景輻射頻率的值推算出的宇宙背景溫度來評判Henri的模型。 如果我們取f = 160.23 GHz，那麼由hf = 3kT便可得到： T = 2.56328 K 也就是說，由Henri的模型得出的宇宙背景溫度比CMB模型算出的要低，而宇宙背景溫度越低就表明宇宙的膨脹速度越快。這一點其實是一個很好的跡象，這是因為今天的宇宙學面臨的一大問題就是由CMB算出的宇宙膨脹的速度低於由更為精確的直接觀察亮度得出的宇宙膨脹的速度，而兩者之間的誤差大概在 (70-66)/66 = 6%左右，而由Henri得出的紅移頻率與CMB的紅移頻率之間的誤差正好是6%左右。我們知道宇宙膨脹的速度與紅移之間有着近似正比的關係【[15]】，所以這樣看來，Henri的結果與由被稱為蠟燭（Candle）法的直接觀測結果很接近，因此有可能（至少是貌似）直接為當今的物理學界和宇宙學界提供了解決困擾他們的最大的難題之一的哈勃常數危機的答案！ 讀者或許會說CMB給出的是一個曲線分布，而Henri的文章只給出了一點的值，那是因為和我一樣，他的數據來源是網上公開的數據。如果他能得到頻率準確數據的曲線分布，那麼由他的上述公式不難算出溫度的曲線分布。 當然，用膝蓋也能得出結論說：當今的物理學界和宇宙學界絕不可能接受Henri的結果，因為那等於是打臉目前整個理論物理學！要知道今天的CMB模型是嚴格地建立在廣義相對論和大爆炸模型之上的，而大爆炸模型本身又是廣義相對論和量子力學的結合。如果今天的理論物理學界和宇宙學界能把Henri的結果接受為解決他們的最大危機之一的哈勃常數危機的話，那意味着什麼？ 不過遺憾的是，Henri本人並沒有看出他的理論的真正價值，而是執迷於他的夢想：他的理論可以（從哲學上）推翻大爆炸理論。儘管我在公開的討論和私信中都苦口婆心地向Henri指出他的理論的真正的價值，並告訴他大爆炸理論是不可能被他推翻的（參見本文附錄），他仍然是執迷不悟。 除了上面這個可以說是驚人的結果之外，Henri的那篇文章還有第二個驚人之處，儘管這第二個結果的應用價值與上面第一個結果相比要遜色一些，但是在我後面的討論中我們可以看出這第二個結果使得上面第一個結果的意義更加重大。 Henri的第二個結果是他的文章中對於宇宙微波背景輻射壓力的驚人之作。 根據宇宙學的經典理論，宇宙微波背景輻射呈現出黑體輻射的特性。所以，根據Stefan-Boltzmann定律，我們可得出輻射壓力P與能量密度U之間的關係以及U與背景溫度T之間的關係為【[16]】： P=U/3 （1） U=4σT4/c （2） 其中σ = 5.670374 x 10-8 W/m2 K4 （3） 如文獻【[17]】所示，所有這些都是已知的主流物理學理論。將宇宙背景溫度T=2.72548K，光速c=299797000m/s代入後，Henri得到： P= 1.39156 x 10-14 Pa （4） 然後，Henri按理想氣體模型得出 P=ρc2/3 （5） 其中單位體積的光子質量 ρ=n m （6） n為單位體積的光子數目，m為光子質量。 Henri繼續用6自由度的E=3kT作為光子的總能量計算n和m。 根據E=3kT和（2）式，我們可以用能量密度除以單個光子總能量得到單位體積中的光子數 n=U/E=3.69807 x 108 m-3 （7） 另外由mc2=3kT （前面提到過他的邏輯中的問題）可算出光子質量 m=3kT/c2=1.25605x10-39 （8） 把（7）和（8）代入（6）得到 ρ = 4.64495 x 10-31 kg. m-3 （9） 再把（9）和已知的c代入（5）Henri可以得出 P= 1.39156 x 10-14 Pa （10） 我把所有的數據都驗算了一遍，與他的數據稍有出入，但出入不大。比如，我兩次算出的P分別為P= 1.39154 x 10-14 Pa和P= 1.3926 x 10-14 Pa，而Henri兩次都得到正好P= 1.39156 x 10-14 Pa。估計可能是我所取的精度與他的計算稍有不同造成的。 上面所有的數值結果我都是親自驗算過，而原始數據都是公開的經典數據，讀者可以自己將數據帶進去驗算。 也就是說Henri按照理想氣體模型算出的結果居然和著名的Stefan-Boltzmann模型算出的結果完全一樣（我驗算時是基本一樣）！而這又與宇宙學的官方的所謂黑體模型完全一致！要知道黑體模型與理想氣體完全是兩個不同極端的模型！這裡要注意：所謂的黑體模型是直接的經驗公式，而Henri的模型則是動力學模型，這意味着Henri的模型比現有的模型更基本。雖說自然科學說到底都是經驗科學，但在不同的層次上的經驗可以意味着對問題本質的一般性的反映的不同。 3. 用E=mc2/2重新解釋Henri文章中的邏輯缺陷 從上面的介紹我們可以看到Henri的很可能會在歷史上留名的重要文章中圍繞E=mc2和6自由度粒子模型的問題上存在着邏輯缺陷。首先，為了得到E=3kT這個結果，他需要用到6自由度。但是，因為他的光子模型沒有勢能，所以他不應該用E=mc2，而應該用E=mc2/2；但是，他又需要將愛因斯坦的質量能量關係與普朗克-愛因斯坦的光能公式結合來得出hf=mc2，這使得他在分子運動學那一部分，就不得不保持3kT=mc2才能得到最後的（漂亮的）關係hf=3kT，這意味着他的光子模型不能是6自由度，而只能是3自由度，因為在3自由度的模型中他可以得到3kT/2 = mc2/2，它等價於3kT=mc2。但這樣一來，他計算宇宙微波背景輻射壓力的結果就會出問題，因為在那裡他必須使用6自由度的粒子模型。 今年年初我之所以將他稱為醉拳師傅甚至一度以為他是網軍的一個重要原因就是他的上述邏輯明明充滿錯誤，但結果卻驚人地漂亮（我這麼說是因為我親自驗證了他的結果）！ 不過，後來我證明了對於任何物質體系，質量能量關係不是愛因斯坦的E=mc2，而是與之相近的E=mc2/2。這樣一來，不但圍繞Henri文章中的奇怪的現象完全得到了解決，而且更重要的是Henri的文章在一定程度上為我證明E=mc2/2的文章之正確性提供了間接的實驗證據！ 那麼為什麼說E=mc2/2能夠解決圍繞Henri文章的所有的奇怪現象呢？原因很簡單，因為有了E=mc2/2，Henri就可以放心大膽地同時運用6自由度粒子模型和質量能量關係了。 首先，Henri不需犯中學生都不會犯的錯誤來用E=mc2計算他的光子的動能。其次，當他把普朗克-愛因斯坦的光能公式與質量能量關係相結合時，他得到的不再是hf=mc2，而是hf=mc2/2。這樣一來，他就可以放心大膽地用6自由度的粒子模型來得到那個驚人地漂亮的hf=3kT，與此同時，他計算宇宙微波背景輻射壓力的漂亮結果也不會受到任何影響！ 我已多次給Henri私信，告訴他我對E=mc2/2的證明是對他的大好消息，使他可以放心地運用6自由度的模型，並鼓勵他引用我的證明E=mc2/2的文章，這樣對他是大大的好事。但他一開始一直持排斥的態度。後來我把話說的重了些，我讓他去請教他們那裡的小孩子們，當一個粒子的速度為c而且沒有勢能的時候，它的總能量到底是mc2還是mc2/2。這時他才稍微鬆了口說，看來E=mc2/2是有道理的；但他根本沒有理解我向他解釋的他自己的文章的重要價值，仍然在那裡和我扯什麼他的文章可以幫助推翻大爆炸理論。 當然，之所以說Henri的結果在一定程度上為我證明E=mc2/2的文章之正確性提供了間接的實驗證據並不僅僅是因為我的結果可以使得Henri文章的邏輯說的順，更是因為Henri的結果與實驗觀測之間的高度吻合表明我在該文中指出的光子不含勢能的這一點是正確的，雖說光不含勢能是個老話題了，但是一直屬於是一種前提假設（其實麥克斯韋推導電磁波方程時是考慮了勢能的），而我在該文中的分析邏輯及結果都表明光子不含有勢能，Henri的結果印證了這一點。當然，因為他討論的是光子而不是一般的物質，所以他的文章對於作為一般物質的質量能量關係的E=mc2/2的印證是非常有限的。不過他的結果的正確性至少在一個極端的狀態下驗證了我的理論。但另一方面，我對於一般物質的E=mc2/2的兩個不同途徑的證明【9-13】的邏輯都是非常明確嚴格的，並不急於找到實驗驗證，儘管如果有當然更好。 4. Henri的結果與量子力學之波理論 Henri他能用關於6自由度粒子運動的經典物理學理論得出比由基於廣義相對論和量子力學的CMB模型得出的結果更符合直接觀測的結果這一點對於作為量子力學的最最基本的波粒二象性有着重大的影響。 我們知道，過去幾百年中，人們通過大量的實驗發現光具有波粒二象性。於1926年Max Born更是把波粒二象性中的波動性解釋為“幾率波”。在Born之前，包括發表了著名的量子力學方程的薛定諤在內的物理學界都把量子的波動性解釋為“物質波”。 儘管物理學界已經接受了Born的“幾率波”的詮釋，我本人其實一直傾向於接受物質波的概念。這是因為物理學界自身表現出來的矛盾：一方面理論物理界把量子波動解釋為“幾率波”，但另一方面實驗物理學界卻完全把粒子運動按照物質運動而不是幾率運動來計算其在加速器中的運動軌跡和能量，而加速器不但是實驗粒子物理的唯一法寶，根本就是他們的命根子。 實驗物理界之所以這麼做的原因很簡單：“幾率”是無法按照物質運動的軌跡運行的，“幾率”更無法和其它粒子發生碰撞。一個例子突然以30%的幾率具有計算出的速度以80%的幾率出現在該發生碰撞的地方是無法按照預定的實驗計劃來將原子核打碎的。 但是，Henri的結果卻告訴我們，光子在運動時它的“粒子”性還真的就和一般粒子一樣地可能用經典的分子運動論來計算。這樣的粒子既不具有量子幾率特徵，更不能是物質波！ Henri的粒子模型本身沒有涉及幾率，這對幾率波的理論其實是一個重大威脅。這是因為不同於物質波，所謂的幾率波就是作為物質的粒子按照波狀的幾率以一定幾率的動量出現在某個地方，這裡的核心物質仍然是粒子，但是，Henri的粒子顯然根本不涉及幾率波的問題。 另外，Henri的粒子模型的成功對於把光看成是物質波更為不利。這是因為Henri的模型是完全徹底的物質粒子的模型，這樣的模型與物質波是很難兼容的。 但另一方面，大量的實驗又已經表明不但光是某種形式的波，而且物質也是（德布羅意）波。 因此，Henri的文章向我們提出了到底應如何正確地看待量子的波粒二象性的挑戰。 5. 結論 Henri的文章有如下三個價值： 1）它向CMB模型及其所依據的作為現代物理之基礎的理論物理的基本發起了挑戰； 2）它在一定程度上為E=mc2/2提供了（極端狀況下的）間接的實驗證據； 3）它要求我們對作為量子力學之根本的波粒二象性的意義進行更為深入的審視。 附錄. 大爆炸之哲學合理性 儘管現有的大爆炸理論在具體的細節上可能存在着不足，但象Henri那樣地試圖證明大爆炸從來沒有發生過是缺乏哲學的合理性的。 與提出大爆炸理論的近一個世紀之前不同，今天如果有人要徹底否定曾經發生過大爆炸，他不僅僅要否認宇宙膨脹這一現象，更要對今天人們關於宇宙的幾乎所有的理論進行否認。 比如，他需要否認太陽是通過核反應燃燒其內在的能量而發光。為什麼這樣說呢？這是因為假如他承認太陽是通過核反應燃燒其內在的能量而發光，那麼他就要承認太陽會有因為能量耗盡而終結的那一天，而他如果承認太陽有終結的那一天，那麼他就要承認太陽有開始的那一天。但如果他承認太陽有開始的那一天，他就要面對太陽是如何開始的。 另外，他還要否定宇宙間有不知多少億萬個類似太陽的恆星。如果他不否認這一點，而又承認太陽有開始的那一天，那麼他就要面對無數個類似太陽一樣的恆星是如何開始的問題。 目前來說，大爆炸理論為我們這個四維的宇宙中所有的星體的開始提供了一個最包容最自洽的理論。人們可以對這個理論的具體細節進行修正，但如果要從哲學上徹底推翻曾經發生過大爆炸這件事，那麼他們要麼徹底否認諸如太陽需要能量來燃燒這一知識，要麼就用無數個無法兼容的小爆炸來代替大爆炸來解釋我們這個四維宇宙中的星體的起源。這顯然是不可取的。
【[1]】 光子的質量 【[2]】 宇宙微波背景的一個牛公式。。。 【[3]】 差點看走眼。。。。 【[4]】 光子質量說的問題。。。。。 【[5]】 重大突破前替奇妙的醉拳師總結一下 【[6]】 重大糾錯 【[7]】 從光波到光子---勢能消失的背後。。。 【[8]】Corniere, H. (2022). “The Great Power of Prediction from a Massive Photon Hypothesis”. JOURNAL OF ADVANCES IN PHYSICS, Vol. 20 (2022). Retrieved from: https://rajpub.com/index.php/jap/article/view/9160 or https://www.academia.edu/93814055/The_Great_Power_of_Prediction_from_a_Massive_Photon_Hypothesis 【[9]】 沒了洛倫茲，能量減半。。。。 【[10]】 關鍵是如何計算多普勒效應 【[11]】 1905之前的牛人們及正確的答案。。。。。 【[12]】 E=mc2/2之明確的物理意義，還有。。。唉 【[13]】 Dai, R. (2023). “Modifying Mass-Energy Relationship”. Retrieved from: https://wp.me/p9pbU7-gG【[14]】 Wikipedia. “Cosmic microwave background”. Retrieved from: https://en.wikipedia.org/wiki/Cosmic_microwave_background. Last edited on 22 June 2023, at 13:17 (UTC). 【[15]】 Wikipedia. “Hubble's law”. Retrieved from: https://en.wikipedia.org/wiki/Hubble%27s_law#redshift. Last edited on 18 June 2023, at 05:19 (UTC). 【[16]】 Wikipedia. “Radiation pressure”. Retrieved from: https://en.wikipedia.org/wiki/Radiation_pressure 【[17]】 Wikipedia. “Radiation pressure”. Retrieved from: https://en.wikipedia.org/wiki/Radiation_pressure
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