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发信人: Landau (朗道), 信区: Physics
标题: 白话相对论[1](转寄)(转载)
发信站: 哈工大紫丁香 (2001年11月23日16:24:51 星期五), 转信

【以下文字转载自 Landau 的信箱】
【原文由 pion.bbs@bbs.whnet.edu.cn 所发表】
发信人: xkz (ice), 信区: Physics
标题: 白话相对论[1]
发信站: 武汉白云黄鹤站 (2001年06月01日15:30:30 星期五), 站内信件

爱因斯坦提出相对论原理已经快一个世纪了。它的这一理论曾被当时很多人认为纯
粹是一种怪诞的异想，而现在早已成为现代物理学的奠基石。就想没有分子和原子的概
念，现代物理学不能存在一样，没有相对论，现代物理学也不能存在。没有相对论，大
量的物理现象将不可能得到解释。粒子加速器的设计和原子反应募扑悖际墙⒃谙喽
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　　但是遗憾的是，相对论的原理除了少数专业人员，却很少有人知道，特别是对我们
的中小学生读者，这一理论则显得格外艰深。
　　
　　我们希望我们正在刊登的这个系列文章能够简明而通俗地向少年读者介绍有关相对
论的一些基本原理。也希望读者不要认为相对论就是主张世界上一切物体都是相对的。
相反，读者肯定会发现，象任何其它正确的物理学理论一样，相对论告诉我们，客观真
理是不以任何人的一致和趣味转移的。当摆脱了一切关于空间、时间和质量的陈旧观念
之后，我们就会对世界的真正本质有更加深入的洞察和理解。
　　
　　
我们常见的相对现象
是左还是右
　　
　　我们都知道，******城楼前面是一个大大的广场，假如有人问你：******是位于广
场的哪一边——左边还是右边？你很难马上回答好这个问题。
　　
　　如果你面朝东方，那么，******是在左边；但是，如果你面朝西方，******是在右
边；而如果你面朝南方或者北方，则******既不在左边也不在右边。也就是说，在回答
这个问题之前，你必须明确一个相对的方向。
　　
　　说一条河流的右岸，这个说法是正确的。因为这是由河流水流的方向来决定的。同
样，我们可以说，汽车沿公路右边行驶。因为车辆的来往可以表示一个相对的方向。
　　
　　因此，“左”和“右”是一个相对的概念。而且只有在一个特定的方向作为根据的
情况下，这一对概念才有意义。
现在是白天还是黑夜
　　
　　对于这个问题的回答只能以地点或者位置而言。当北京是白天时，而纽约却是黑夜
，这是毫无异议的。仅仅说白天或者黑夜就是相对的概念，因为不指出具体的地点，你
是不能回答这个问题的。
相对的现象看来似乎是绝对的
　　
　　当我们观察某一物体时，如果稍微改变观察点，角度也就随之产生相应的改变。由
于这种情况，角度法常被用于天文学。星图表明星球之间的角距，即从地球上观察其它
星球之间的距离时的角度。无论我们处于地球上的任何位置和任何不同的观察点，我们
观察到其它星球之间总是处于同样的距离，这是由于我们与这些星球之间有着极大的、
甚至是难以想像的距离。同如此巨大的距离相比，我们地球上从一点到另一点移动的距
离就显得微不足道了，因而我们就很容易忽视它。在这种情况下，这些不同的角距就会
被认为是绝对的。如果我们将观察点所处的范围扩大到像地球绕太阳旋转的轨道这样大
的空间，那么从不同的观察点所观察到的结果，其变化就相当可观了。但是，这一变化
还不是非常显著的。如果我们把观察点移到另一个星球上，比如说，移到天郎星上，情
景就会彻底改变。这时所观察的角度都将和原来的观察角度绝然不同了。而且我们还会
发现，那些远离我们的星球之间的距离，有些比我们从地球上观测道德它们之间的距离
近了，而有些星球之间的距离则更远了。
绝对的现象实际上却是相对的
　　
　　我们常说“上”和“下”。那么，这两个概念是绝对的还是相对的呢？不同的时代
，人们对这一问题会给以不同的回答。当人类还处在不知道我们的地球是圆的，而把他
设想为一个扁平的锅饼似的东西的时代，垂直方向被认为是一个绝对的概念。那时人们
设想，在地球表面的任何一点上，垂直方向总是相同的，因而也就把“上”和“下”说
成是绝对的是很自然的事了。
　　
　　后来，当人们发现地球是圆的，于是“垂直是绝对的”这一概念也就自行淘汰了。

　　
　　的确，由于地球是圆的，垂直线的方向实质上是由这条垂直线通过的地球表面某一
点的位置而定。处于地球的不同点，垂直方向也将不同。
　　
　　自然，“上”和“下”这两个概念因此而失去任何绝对意义。
任何一句话都有意义吗？
　　
　　显然不是这样。即使我们以严格的语法规则将几个词组合起来，这种组合的结果也
可能是毫无意义的。例如：“水是三角形的”这一句话根本是荒缪的。但是，不是所有
的荒谬都是显而易见的，情况往往是这样：一种初看起来很有道理的说法，经过仔细研
究之后，就会发现是错误的。
违背“常识”
　　
　　上面谈的情况今天对我们来说已是十分明显的，根本不会有任何怀疑。尽管如此，
我们由历史得知，人类并不是很容易就认识到“上”和“下”的相对性。如果人们对日
常生活中经历的相对现象没有明确的认识，就很容易将某些纯粹主观的感觉，认为是普
遍真理或一般规律（关于“左”和“右”的关系就是这样）。
　　
　　让我们再回顾一下历史。反对地球是圆的这一事实的某些谬论，是从中世纪流传下
来的。那时有人提出这样的质疑：如果说地球是圆的，人们怎么能倒着身体走路呢？
　　
　　这种说法显然是成错误的，因为他忽略了垂直方向的相对性，而垂直方向的相对性
是基于地球是圆的这一客观真理。
　　
　　如果我们认识不到垂直方向的相对性，而把它看作是绝对的，那么，在北京的人就
会认为在纽约的人都是倒身体走路的；同样，在纽约的人也会认为在北京的人也是倒着
身体走路的。这样说是毫不矛盾的；因为垂直方向实际上并不是绝对的概念，而是相对
的概念。只有我们涉及到地球表面上相距相当远的两点时，如北京和纽约两地，我们才
会感到垂直方向的相对性的真正意义。另一方面，如果我们把相隔很近的两点（比如北
京的两幢房子）加以考虑的话，我们就有理由说，所有同着两幢房子分别垂直的线是相
互平行的。在这种情况下，垂直就是绝对的了。上述情况表明，在我们地球上，只有当
涉及到整个地球表面积这么大的区域时，使用绝对垂直着一概念，才会导致荒谬和矛盾
。
　　
　　上述情况的讨论结果又表明，我们在日常生活中使用的很多概念都是相对的。这些
理论子也表明，只有我们规定出具体的观察条件，这些概念才有意义。(未完待续)
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