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标  题: 白话相对论[4](转寄)(转载)
发信站: 哈工大紫丁香 (2001年11月23日16:24:16 星期五), 转信

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发信人: xkz (ice), 信区: Physics
标  题: 白话相对论[4]
发信站: 武汉白云黄鹤站 (2001年06月01日15:34:12 星期五), 站内信件


时间是相对的
　　
确实存在矛盾吗？
　
　　乍看起来，似乎我们在讨论一个纯粹逻辑上的矛盾。光沿任何方向传播而速度不变
，充分证实了相对论的正确性，而同时，光速本身则是相对的。
　　
　　让我们回顾一下中世纪人们是如何对待地球是圆的这一事实。因为中世纪的人们认
为，如果地球是圆的，一切物体都会从地球表面“滚落”下去。对于他们来说，地球是
圆的这一概念是同地心引力相矛盾的。但是我们完全知道，这里根本不存任何矛盾。道
理很简单，因为“上”和“下”这两个概念是相对的，而不是绝对的。
　　
　　光的传播同样如此。
　　
　　要在运动的相对性和绝对性之间的寻找逻辑上的矛盾时徒然的，也是毫无意义的。
当我们提出另外一些假定，矛盾就出现了。这九项中世纪的人们认为“上”和“下”是
绝对的概念，而拒绝承认地球是圆的一样。他们这种荒诞的概念源于实践经验的缺乏。
那时，人们很少有长途旅行的可能。他们只能了解地球表面很小区域的一些情况。显然
，同样的情况页科出现在我们面前：由于我们的实践经验不足，只是我们把一些相对的
现象，误认为是绝对的。
　　
　　这些现象是什么呢？
　　
　　为了发现我们的错误，今后我们只能接受有实验证实而确定的那些正确的假想。
　　
　　
在一列火车上
　　
　　设想有一列长540万公里的火车，以每秒24万公里的速度作匀速直线运动。
　　
　　假定预谋体规定时刻，打开火车中部的一盏灯。再设想，一当灯光达到火车首位的
两个车厢时，车厢的门都立即自动打开。这是火车上的人将看到什么现象呢？
　　
　　在回答这个问题时，我们只承认有实验而得到的数据。
　　
　　在火车中间的人将看到下列现象：
　　
　　根据麦克尔逊的实验，由于相对火车而言，光想任何方向传播的速度是相同的，即
每秒30万公里。那么光在9秒后同时到达首为两个车厢。欧为车厢的门也同时打开。
　　
　　相对月台而言，光也以每秒30万公里的速度传播。但是，为节车厢是迎着灯光运行
的。所以灯光是在2700000/（300000+240000）=5秒后于为车厢相遇。而对首届车厢来说
，灯光实在追着它传播的。所以灯光需在45秒之后才能到达首节车厢。
　　
　　对于月台的人来说，守卫两节车厢的们似乎是在不同的时刻打开的，即尾节车厢的
门先打开，而首节车厢的门则是在40秒之后才打开。
　　
　　于是，对于在火车上的人来说，守卫两节车厢的门的打开是完全相同的，而对月台
上的人来说，守卫两门的打开却相隔40秒。
　　
　　人们对这一现象的感觉和理解过程中产生了困难。以常识为依据来否定这一新的现
象，当然是很自然的事。而麦克尔逊的实验获得的出乎意料的成果，位物理学家们提供
了新的事实，并促使他们不顾“常识”的干扰，去进一步观测和探讨诸如两个两个事物
的同时性这类明显而平凡的概念。
　　
　　
时间和空间有相同的命运
　　
　　以前人们认为，从任何角度来看，两个同时发生的现象必然是同时的。然而实验证
明这是错误的。因为这个结论只是用于相对静止的参照系。
　　
　　假定有人问我们，两个现象是否真正同时发生，而不涉及任何出于某种状态的参照
系。遗憾的事，这样的问题就象并不涉及任何观察点而问两颗行星是否真正处于一条直
线上一样毫无意义。事实是这样的：同时性不仅决定于两个现象，而且决定于观察这两
个现象时所出的参照系。就象两颗星球是否处于同一直线上，不仅决定于它们的方位，
而且决定于观察它们的点。
　　
　　在相对论创立之前，绝对的时空观在物理学中占着统治地位。在时间方面，绝对的
时空观认为：时间的量度与参照系的运动无关，也就是存在着与参照系无关的绝对时间
。在空间方面，认为空间的量度同参照系的运动无关，也就是存在着同参照系无关的绝
对空间。
　　
　　但是，我们发现，时间和空间一样也是相对的，而不是绝对的。
　　
　　所时，“在同一时间”这一概念，正与“在同一地点”一样，都是没有意义的概念
。这就是说，必须对一个特定的参照系来论述时间说着空间。如上所述，对于在火车上
的人来说，同时发生的两个事件，对于月台上的人来说，就不是同时的，除非我们讲的
时间是相对于某一个参照系，否则，关于一个事件发生的时间的说法，就是没有意义的
。
　　
　　
科学胜利了
　　
　　时间是相对的这一发现，从根本上改变了人们关于自然界的观念。这一发现是人类
理智战胜千百年习惯传统观念的伟大胜利，只有向地球是圆的这样的的伟大发现才能与
之相比。它是人类思想上罕见的革命性的变化。
　　
　　时间的相对性这一发现，是二十世纪最伟大最物理学家爱因斯坦于1905年为人类科
学做出的伟大贡献。1905年，德国的《物理学杂志》相继发表了这位年轻作者的五篇论
文。这些论文，给整个物理学带来了异常翻天覆地的革命，并导致了现代物理学的建立
。这时，爱因斯坦还只是一个26岁的青年。爱因斯坦的伟大发现，时它进入人类思想巨
人的行列，成为象哥白尼、牛顿一样的人类科学史上的伟大的开路先锋。
　　
　　时间的相对性理论与其一系列有关推论，通常被称为狭义相对论。这一理论不应同
运动的相对性原理相混淆。
　　
　　
速度有其极限
　　
　　第二次世界大战浅，飞机的速度远远落后于声速。今天，超音速飞机早已出现。无
线电波以光的速度传播。那么，我们能否创造出“超光速”电讯设施来传递信信呢？这
是根本不可能的。
　　
　　假如能够一无限大的速度传递信息，那么我们就能够建立这样的一种理论：任何两
个时间的同时性是绝对的。
　　
　　如果关于第一时间的无限块的新系统关于第二个事件的信息同时到达，我们可以说
，这两个事件发生在同一时刻。这样，两个事件的同时性这一概念，就获得了绝对的特
点，而不关于这一结论有关的参照系的运动情况如何。
　　
　　但是，实验证明事件的绝对性是不可能的。由此，我们得出结论：信息的传递不可
能是瞬时的。从空间一点传到另一点的信息传递速度，不可能大于某一极值，该极值即
为速度的极限。
　　
　　这一速度极限等于光速。
　　
　　存在于宇宙的这以最高速的发现，是人类才智的最大胜利之一，也是人类实验能力
的最大胜利之一。
　　
　　相对论表明，最高速度的存在决定于物质的内在本质。假定说，科学技术的发展，
可是我们得到比光速更大的速度，这就象下面的说法一样荒唐可笑：在地球表面两万公
里以外的地方并不存在任何点，但是，如果有人竟希望有朝一日，当地球上地形发生变
迁的时候，在更要远处发现地球上的新点，这显然是十分荒唐可笑的。正由于光速的最
大速度，因而才是光速在自然界中发挥如此特别的作用。光速或者可以超过其它一切现
象的传播速度，或者至少同其他现象的速度相同。
　　
　　假如太阳一分为二，形成两个星球，那么地球的运动自然也会发生变化。
　　
　　十九世纪的物理学家们由于不了解自然界里存在一个最高速度，它们和自然会设想
：一旦太阳分裂成两个，地球的运动立刻会发生变化。但实际是，光从分裂后的太阳传
道地球上尚需8分钟之久。这就是说，在太阳分裂8分钟之后，地球的运转才会开始发生
变化。在这一时刻之前，地球人继续按原来的方式运行。在太阳发生分裂后8分钟内，与
杨有关或发生在太阳上的任何现象，将不会对地球本身或者地球的运行产生任何影响。

　　
　　信息传递的最高速度，当然不会排除建立两个现象的同时性的可能性。我们必须做
到的，就是注意观察信息的时间滞差。这就是通常的做法。
　　
　　建立同时性的方法，同这一观念的相对性是一致的。的确，为了减小时间的差别，
我们必须将以光速传递的信息发生在两个地点之间的距离进行分割。(未完待续)
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