一个诺贝尔物理学奖级别的科学问题，在中国以创新接力方式，已经跨学科研究50多年了。现在，所有中国人，大陆的，港澳台地区的，包括你，甚至包括中学生，都有机会继承创新接力的一系列原始创新重要成果，对这个问题奉献画龙点睛之笔，化作庆祝成功的礼炮，在2022年被全世界所有人都看到。这将是中国人以创新接力方式，做出的诺贝尔奖级别的原始创新重大成果，这是毫无疑问的。但是，能否有一个中国人，甚至就是你，在2022年代表中国创新接力团队被授予诺贝尔物理学奖，现在还不能给出肯定的说法。原因你懂的。

对这个延续了50多年的创新接力，如果把它称之为中国创新接力工程，那么，启动创新接力工程和第一棒的人，是当时一号首长，启动时间是20世界60年代。后来，钱学森院士曾经大力支持创新接力，国家科委主任宋健院士亲自领跑了创新接力第二棒。北斗卫星团队奉献了理论和实验两方面重要成果，相当于跑了创新接力第三棒。卢鹤绂院士、吴岳良院士、李惕碚院士都是创新接力的重要成员。除此之外，还有成千上万个各行各业的中国科技工作者，都是创新接力的重要成员，你现在也可以加入进来。目前，创新接力第四棒团队正在进行冲刺，大获全胜，已成定局。关于这段内容的详情，我在其他科普文章中给出过详细介绍，大家可以网络查阅。

现在上干货，介绍诺奖级别的科学问题，任何中国人率先解决了这个问题，都可以成为创新接力第四棒的先锋，率先撞线，成为冠军，成为创新接力工程的大功臣，代表创新接力工程，荣获国内外各种科技大奖。但是无论如何，都请牢牢记住，你是在中国创新接力工程一系列原始创新重要成果基础上大获全胜的，你是代表中国创新接力工程所有的创新者和开拓者，接受各种奖励的。

——追光实验，可以进行电脑模拟实验，获得并验证实验结果

基于地球上特定时钟的时间值和特定量尺的长度值来说，地球和月亮的平均距离是38.4万公里，在地球上向月球发射激光，大约需要传播1.38秒时间值，然后到达。

现在，设计一个追光实验。参见图示。基于地球上特定时钟的时间值和特定量尺的长度值，简单地说，在物理学惯性系理想条件下，在地面某地点，地面观测者使用激光笔，向月球发射一束激光，激光束飞向月球的速度值是C=299792458米/秒。发出激光后，在1秒钟时间值的时刻，激光飞向月球，与发光点的距离为s1=C×Δt=299792458米/秒×1秒=299792458米。

这个s1=299792458米，相当于地球赤道周长的7.5倍，相当于激光绕地球赤道飞行7.5圈所走过的路程。

假设有一个追光者，与激光束在地球同地同时出发，沿同一方向飞向月球，这种情况，请大家把追光者简化成物理学的质点，没有形状和大小的数学点，来进行物理思考。我当老师，给大学生和中学生讲物理课时，经常给学生这样讲。

假设追光者作为质点，与飞向月球的激光束在地球同地同时同向运动，飞向月球，基于地球上特定时钟的时间值和特定量尺的长度值来说，追光者飞向月球的速度值u=299792457.5米/秒，那么，在1秒钟时间值的时刻，追光者飞向月球，与发光点的距离为s2=u×Δt=299792457.5米/秒×1秒=299792457.5米。

这个s2=299792457.5米，也相当于追光者绕地球赤道飞行7.5圈所走过的路程。

在上述情况下，基于地球上特定时钟的时间值和特定量尺的长度值来说，在地球同地同时同向，向月球飞行的激光束和追光者（质点），它们距离发光点的距离值分别是s1=299792458米，s2= 299792457.5米，激光束在前面领先0.5米，追光者在后面落后0.5米。

一个成年人手臂的长度，从肩膀到中指尖的距离大约是0.7米，因此，在追光实验中，激光束在追光者前方的领先距离，不超过一条手臂的长度，追光者在激光束后面的落后距离，也不超过一条手臂的长度。

问题

1、在地面参照系，基于地球上特定时钟的时间值和特定量尺的长度值来说，激光束相对追光者的运动速度值是多少？

2、在追光者参照系，追光者基于自己的时钟时间值和量尺长度值，测量激光束相对追光者的运动时间值、运动距离值、运动速度值，各是多少？

3、对于上述追光实验，任意参照系，例如神舟十三号乘组航天员翟志刚、王亚平、叶光富使用神十三的时钟和量尺，测量激光束相对追光者的运动时间值、运动距离值、运动速度值，结果各是多少？

4、对于上述追光实验，使用电脑进行模拟试验，模拟实验结果是啥样的？

可以说，基于中国创新接力工程以往的一系列原始创新重要成果，任何人率先成功地解决了上述问题，并得到大家的公认，就是做出了诺奖级别的原始创新重大成果。现在大家开始解题吧。下面给大家介绍一些解题必知的知识和信息。

解题提示

——速度值定义和测量原则

宇宙中的物体，大多都存在相对运动。速度这个物理学名词概念，主要指一切物体都具有的相对运动的快慢这种可观测性质。

速度值，特指速度的量值，相对特定参照物，使用一定量尺测量出运动物体一定量位移值Δs，再使用一定时钟测量出相应的时间值Δt，就可以获得的位移值和时间值里的比率v=Δs/Δt，v就是速度值。

一般情况下，特定物体相对特定参照物的速度值，必须使用具体时钟和量尺，通过具体测量获得。对于同一物体相对同一参照物的运动，使用不同的时钟和量尺组合进行测量，获得的速度值可能会有所不同。因为不同的时钟显示的时间值，可能略有差别，快慢不一，这就是所谓的非同步时钟；不同的量尺显示的长度值，可能略有差别，有长有短，这就是所谓的非同长量尺。

人们谈论物理量速度的量值时，应该说明五要素：一是运动物体，二是参照物，三是所用时钟，四是所用量尺，五是测量方法。说明速度值五要素，谈论速度值，就可以避免随意说说和矛盾争论。否则，就可能导致有关的争论和矛盾。

——时钟时间值规律

一般地说，现代科技制造的时钟，由基准系统、动力系统、传动系统和显时系统等子系统联合构成，是开放复杂动力学系统，时钟显示的时间值，是动力学系统运动的一部分内容。时钟的系统运动和所显示的时间值，跟系统内部的结构、运动和作用，跟系统所受的电磁力、引力、温度、湿度、压强、辐射等外界作用，均有密切关系。参见图示。

内部结构相同，均不受外力作用，仅有相对运动的两个时钟，以穿过两时钟连线中点且垂直连线的平面为对称面，具有镜面对称关系，这样的两时钟是同步时钟，所显示的时间值一直相等。如上所述两个同步时钟受到不同外界作用时，两个同步时钟变成不同步时钟，所显示的时间值变成快慢不同，动钟变慢和动钟变快可以同时存在。对上述内容，可称之为时钟时间值规律。

——量尺长度值规律

同样原理，目前人们使用的，作为现代科技产品的量尺，也是开放复杂动力学系统，量尺显示的长度值，也是动力学系统运动的一部分内容。

内部结构相同，均不受外力作用，仅有相对运动的两个量尺是同长量尺，所显示的长度值一直相等。两个同长量尺受到不同外界作用时，变成不同长量尺，所显示的长度变成长短不一，动尺变短和动尺变长可以同时存在。对上述内容，可称之为量尺长度值规律。

——光信号延迟效应

物理学的研究方法，主要是眼睛观察、仪器实验、数理推论、假设想象等。在研究眼睛观察到的物理现象时，光信号延迟是一个重要问题。

举例说，太阳发出的光传播到地球，大约需要八分钟时间。在地球上，一个手持时钟的观测者，当他所持时钟显示t时间值的时刻，他可以对太阳的两种情况做出描述：一是t时他眼睛看到的太阳情况，这是观测者根据t时到达眼睛的光信号，对太阳在八分钟之前，在（t-8分钟）时的情况所作的描述；二是t时太阳的实际情况，这是观测者根据（t+8分钟）时到达眼睛的光信号看到的情况，对太阳在8分钟之前，在t时的情况所做的描述。

更普遍地说，在地球上的任意观测者，他所持时钟显示t时，他所看到的宇宙万事万物景象，他所接收到的来自宇宙四面八方的光信号，都是t时之前，不同时间发出，传播了不同距离的光信号，有些光信号，可能是几亿年前发出，传播了几亿光年距离，在t时刚到达观测者的眼前；而观测者所持时钟显示t时，宇宙万事万物，从四面八方向观测者发出的光信号，都在发出地，刚刚上路，几亿光年远处的光信号，需要几亿年之后才能到达观测者。参见图示。

所以，对于t时的宇宙万事万物情况，观测者可以做出两种描述：一是看到的情况，这是根据t时同时到达观测者的光信号，看到的情况，这种看到的情况，就存在关公和秦琼同时登台亮相的情况；二是实际的情况，由于t时发出的光信号全都没到眼前，无法看到真实情况，所以，观测者只能根据经验对实际的情况做出假设性描述，等待t时发出的光信号到达眼前再验证假设描述正确与否；当然，根据以往接收到的光信号，观测者可以把宇宙万事万物同时发出光信号的情况汇总起来，获得实际的情况的景象；基于上述情况，观测者也可以类似于把手机视频进行暂停操作，获得暂停图像，把动态变化的宇宙在理论研究中进行暂停研究，获得暂停态的宇宙立体静态图像，这样，实际中运动变化不止的宇宙，就是一个一个暂停态宇宙立体静态图像的接力。

设有一观测者，手持时钟，在观测者所持时钟显示t时刻值的时候，给宇宙按下暂停键，那么，在t时刻暂停态宇宙立体图像中，如果在远处另有一个时钟，该时钟显示的时间值读数也是t，如果在此后，在观测者所持时钟显示t1、t2……时间值读数时，不断地给宇宙按下暂停键，在每次的暂停态宇宙立体图像中，宇宙实际的同时情况中，远处另一时钟都相应地显示了相同时刻值t1、t2……那么对于观测者所持时钟和远处的另一个时钟，可以称之为同步时钟。同步时钟，可以是相对静止的两时钟，也可以是相对运动的两时钟。

在上述情况中，对于手持时钟、处在特定位置的观测者而言，在t时刻暂停态宇宙立体图像中，观测者所持时钟与远处另一时钟是同步时钟时，两个时钟显示的时间值读数实际上是始终相等。不过，因为光信号延迟效应，远处时钟发出的光信号会经历一定时间Δt，延迟到达观测者的眼睛，所以，观测者在t时刻看到的远处时钟时间值读数却是t-Δt，是小于t的。所以在看到的情况中，远处时钟好像走慢了，两时钟貌似非同步时钟。

在上述情况中，对于手持时钟、处在特定位置的观测者而言，在t时刻暂停态宇宙立体图像中，如果观测者所持量尺的长度，与远处另一个量尺的长度相等。在观测者所持时钟显示t1、t2……时，不断地给宇宙按下“暂停键”，在每次的暂停态宇宙立体图像中，观测者所持量尺的长度，与远处另一量尺的长度都始终相等，那么对于观测者所持量尺和远处另一个量尺，可以称之为同长量尺。同长量尺，可以是相对静止或相对运动的两量尺。

——约定的光速值，仅在特定条件下成立

在物理学和计量学中，在提供基准米的装置中，特定光在1/299792458秒时间值里行进的路程，被约定为一米。实际上，这就等于约定了在提供基准米的装置中，特定光，它相对装置本身，也就是相对静止在装置中的光源，特定光的运动速度值为v=Δs/Δt=1米/（1/299792458）秒=299792458米/秒。

对于上述特定情况下的光速值，专门使用大写字母C来表示，也就是C=299792458米/秒。这样约定的光速值，就相当于使用特定时钟和特定量尺测量特定光速值的结果。所以，这里的光速值C=299792458米/秒，等于实验测量结果。

在物理学的电磁学中，人们约定真空中的介电常数和磁导率时，也约定在特定的条件下，特定的电磁波，相对电磁波源的速度值为C=299792458米/秒。这就是人们可以从电磁学的麦克斯韦方程中推导出电磁波速度值是C=299792458米/秒的原因。这样约定的电磁波速度值，也相当于使用特定时钟和特定量尺测量特定电磁波速度值的结果。所以，这里的C=299792458米/秒，也是一个实验事实。

但是，以上所述的两种速度值C=299792458米/秒，都是特定条件下的约定，是针对特定光、特定电磁波、特定参照物、特定时钟、特定量尺、特定测量方法，所做的有限约定，不是针对所有光、所有电磁波、所有参照物、所有时钟、所有量尺、所有测量方法，所做的无限约定。所以，这样约定的两种速度值C=299792458米/秒，不具有无限推广的实验依据和理论依据。

因为即使是同一光相对同一参照物，使用不同的时钟和量尺组合进行测量，因为不同时钟存在不同的“量子颤抖”会成为不同步时钟，因为不同量尺存在不同的“量子颤抖”会成为不同长量尺，所以，不同的时钟和量尺组合测出的光速值也会有所不同。

这也就是说，除了在约定光速值和电磁波速度值的两种特殊情况，可以无条件认定C=299792458米/秒之外，在其他情况中，任意光相对任意参照物的速度值，都应该使用具体的时钟和量尺组合，通过具体测量来确定。而不能把特定条件下约定的速度值C=299792458米/秒无条件地推广应用，想当然地认为任意情况下的光速值，都是C=299792458米/秒。更不能把假设的光速值充当实验测量结果来说事，否则，就会制造矛盾，导致有关争论。

——爱因斯坦相对论给出的假设，不是唯一的、绝对正确的终极结论

在以往，针对类似追光实验的情况，爱因斯坦等人基于光速不变假设，假设——假设——假设——追光者使用自己携带的时钟和量尺测量激光束相对自己的速度值也是C=299792458米/秒，但是这个假设没有实验证据。本问题就是要从实验角度解决与此有关的大量问题和争论，因此，根据爱因斯坦光速不变假设，简单地回答，追光者使用自己携带的时钟和量尺测量激光束相对自己的速度值也是C=299792458米/秒，这是照本宣科重复假设，没有价值。

在以往，爱因斯坦等相对论专家曾使用动钟变慢和动尺变短等，针对类似追光实验的情况，给出了大量的假设+假设+假设的说法。

首先可以说，从逻辑上讲，光速不变假设是一级假设，是推理前提，动钟变慢等是从推理前提推理出的推理结论，是二级假设，使用推理结论二级假设反证推理前提一级假设是正确的，这是违反逻辑的无效论证。

其次可以说，爱因斯坦基于光速不变假设推理出的动钟变慢认为，相对运动的观测者都认定对方的时钟会变慢，但是，这样的情况在实验中根本不存在。

那些被认为支持动钟变慢的所有实验，都是把两个相对运动时钟的相应时间段Δt1、Δt2进行了比较后，确认一个时钟绝对地变慢了，因此也就是另一个时钟绝对地变快了。这样，站在变快时钟参照系看，对方的时钟因为相对运动变慢了，但是站在变慢时钟参照系看，却是对方的时钟因为相对运动变快了。这种动钟变慢和动钟变快共同存在的实验，实际上是既支持了狭义相对论的动钟变慢，也否定了狭义相对论的动钟变慢。所以，爱因斯坦等人认为狭义相对论动钟变慢得到了实验支持，爱因斯坦等人使用动钟变慢和有关实验为光速不变假设来辩解等，都相当于虚构新假设，为旧假设辩解，这是制造更多假设，以假设证明假设，把假设想象当做物理实验和物理事实来使用，混为一谈，混淆是非。

第三可以说，爱因斯坦等人说，在类似追光实验的情况中，相对地面参照系高速运动的运动参照系，发生了动钟变慢，时间流逝极其缓慢，趋于停滞，会发生长生不老现象，发生了动尺变短，测出的光速值一定是常数C，这都是爱因斯坦等人头脑里的假设想象。请问：在运动参照系，由多层次零件构成的观测者、时钟和量尺等，它们真的发生了动钟变慢，时间流逝极其缓慢，趋于停滞，长生不老，动尺变短，测到的光速值一定是常数C吗？证据何在？运动和作用机制是啥样的？是否符合“复杂物理系统”的运动和作用规律？是否遵守能量守恒定律？

实际上，根据爱因斯坦狭义相对论，运动参照系也可以反过来说，地面参照系也会发生动钟变慢、时间流逝极其缓慢，甚至趋于停滞，长生不老等情况。但是，咱们处在地面参照系，能体验到动钟变慢，时间流逝极其缓慢，趋于停滞，长生不老等情况吗？爱因斯坦假设想象的彼此相对运动，就导致动钟变慢、时间流逝极其缓慢，甚至趋于停滞，长生不老等情况，不同层次的零件构成的宇宙大象必须服从假设想象的命令吗？实际的“复杂物理系统”会按照凭空想象抗拒和改造自然规律吗？把头脑里的假设想象，硬说成确有其事，这是科学吗？

第四可以说，参照爱因斯坦引以为傲的“与光同行看光理想实验”的思路，人们还可以在激光束上建立参照系，研究激光束、地面观测者、追光者三者的相对运动。这样，在上述追光实验中，就有了三个参照系：地面观测者的地面参照系、追光者的追光参照系、与激光束固连在一起的光束参照系。参见图示。

在上述情况下，如果认为爱因斯坦光速不变假设成立，也就是地面参照系、追光参照系都认定光束参照系以C=299792458米/秒速度值向右运动（在图上），那么根据爱因斯坦“运动是相对的”相对论观点，在光束参照系就可以说，地面参照系、追光参照系均以C=299792458米/秒速度值向左运动（在图上）。这样，以C=299792458米/秒相同速度值向左运动的地面参照系、追光参照系，它们的相对运动速度值就只能是u=0了。这也就是说，在光束参照系可以说，地面参照系和追光参照系之间，不存在相对运动。但这跟爱因斯坦建立狭义相对论时假设地面参照系、追光参照系以u速相对运动，显然严重矛盾。为何会如此？留作思考题了。

齐新简介

齐新，头脑简图发明人、专利权人，钱学森创新方法研发者，抑郁症和极端行为预防方法研发者，科学用脑培训师，《管理大脑思想》和《智胜爱因斯坦》图书作者。1964年2月出生于内蒙古赤峰市；1986年毕业于内蒙古师范大学物理系，此后在赤峰学院物理系任教多年；2002年至2014年先后在《北方经济报》采编部和《内蒙古日报》广告部工作；2011年11月成立新动力文化，并任负责人至今。

立足现代科学和中华优秀传统文化等，对物质、时间、空间、生命、大脑、思想等问题进行了长期的跨学科研究。2009年，经全国政协原副主席、国家科委原主任宋健院士推荐，在《前沿科学》第2期发表了科学论文《狭义相对论被争论100多年的主要原因》。1998年，经中国科协原副主席、航天工业总公司原总工程师庄逢甘院士推荐，在《宇航学报》第2期发表了科学论文“论GPS与相对论时空观”。2006年6月，在内蒙古教育出版社出版科普书《智胜爱因斯坦》。2017年7月，在光明日报出版社出版《管理大脑思想》图书。曾经发表大量网络科普文章，曾经被众多新闻媒体报道过科学探索工作和创新成果。