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爱因斯坦自相矛盾之二 爱因斯坦在<浅说>一书中介绍了一个火车闪电理想实验，其实施过程大致如下（原文附后）： 有一列火车匀速行驶在铁轨上，有一闪电甲发光时刻击中火车头A`点和路基的A点，另一闪电乙发光时刻击中火车尾B`点和路基的B点。可以说，路基系的人认为，甲、乙两个闪电分别从A、B点发出，火车系的人认为，甲、乙两个闪电分别从A`、B`点发出。令在路基系的人看来甲、乙两个闪电同时发光，这就是说，在路基系的人看来，A与A`、B与B`重合的时刻甲、乙两个闪电同时发光。 爱因斯坦利用这个理想实验根据光速不变假设证明了（过程书上有这里省略）：在路基系的人看来，火车系的人必然认为甲、乙两个闪电不同时发光。 爱因斯坦利用这个理想实验也可以证明：在路基系的人看来，火车系的人必然认为甲、乙两个闪电同时发光。证明过程如下。 在路基系的人看来，静止点A与运动点A`、静止点B与运动点B`重合的时刻甲、乙两个闪电同时发光。这就是说，在路基系的人看来，静止点A与运动点A`同时发光、静止点B与运动点B`同时发光。因为在路基系的人看来A与B同时发光，再根据同时的传递性，所以在路基系的人看来运动点A`与运动点B`同时发光。因为路基系的运动点A`是甲闪电在火车系的静止发光点、路基系的运动点B`是乙闪电在火车系的静止发光点，所以，在路基系的人看来，火车系的人必然认为甲、乙两个闪电在A`、B`点同时发光。 在爱因斯坦提供的相同的实验条件下可以推出两个互相矛盾的结论，这说明爱因斯坦的实验条件是互相矛盾的。 附原文 假设有一列很长的火车，以恒速v沿着图1所标明的方向在轨道上行驶。在这列火车上旅行的人们可以很方便地把火车当作刚性参考物体（坐标系）：他们参照火车来观察一切事件。因而，在铁路线上发生的每一个事件也在火车上某一特定的地点发生，而且完全和相对于路基所作的同时性定义一样，我们也能够相对于火车作出同时性的定义。但是，作为一个自然的推论，下述问题就随之产生： 对于铁路路基来说是同时的两个事件（例如A、B两处雷击），对于火车来说是否也是同时的呢，我们将直接证明，回答必然是否定的。 当我们说A、B两处雷击相对于路基页言是同时的，我们的意思是：在发生闪电的A处和B处所发出的光，在路基A→B这段距离的中点M相遇。但是事件A和B也对应于火车上的A点和B点。令M为在行驶中的火车上A→B这段距离的中点。正当雷电闪光发生的时候，点M自然与M重合是点M以火车的速度v向图中的右方移动。如果坐在火车上M处的一个观察者并不具有这个速度，那么他就总是停留在M点，雷电闪光A和B所发出的光就同时到达他这里，也就是说正好在他所在的地方相遇。可是实际上（相对于铁路路基来考虑）这个观察者正在朝着来自B的光线急速行进，同时他又是在来自A的光线的前方向前行进。因此这个观察者将先看见自B发出的光线，后看见自A发出的光线。所以，把列车当作参考物体的观察者就必然得出这样的结论，即雷电闪光B先于雷电闪光A发生。 |