| 我昨天写了一篇文章，题目是〔对于“实验可以证实‘双生子佯谬’是骗局”一文的看法〕，其中提到了纳粹政府反对相对论的事实。这是许多讲到相对论的书籍中都有的介绍，不知怎么有的人看了十分害怕。所以本文先声明，本人与政府机构无任何瓜葛，系一工厂的工程师，除了害害自己，从来没害过别人。这一次可能是对他人伤害最严重的一次，对受到伤害的人深表歉意。此外，我之所以有那些话语，仅仅是因为看见某些反相对论的人士出言太过，偶发感慨，想起了几十年前而已，别无其他，以后将不再提及那段悲惨的历史。 在那篇文章中，我说：“我本来还想说说“同时性”在相对论里面是如何被相对化的，从而说明我们对“同时”的判断是由于我们采用了特殊参照系造成的。但后来一想，那纯粹是相对论的问题，说出来有点用相对论来说明相对论的嫌疑，只好作罢。” 不过后来看了黄德民写的文章：〔相对论关于“同时性的相对性”的论证不成立〕后，觉得还是应该拿“同时性”来做做文章。 黄德民用详细的假想实验说明来反驳“同时性具有相对性”，确实写了不少，但遗憾的是，他完全是站在古典框架下来讨论这个问题的，根本没有涉及到狭义相对论的两个公设，而且他在参照系的描述上也有重大错误。这样，他自然得不出正确的结论了。 讨论“同时性”问题，还是得从相对论的两个公设讨论起。如果你承认两个公设没错，那就可以讨论下去，如果你连这两个公设的正确性都不承认，那就不用费心看下去啦。 那我们再来看看是狭义相对论的两个基本公设： 公设一，对于所有的物理定律，所有的惯性系是等效的； 公设二，光在真空中的速率总是具有同一值。 “同时性的相对性”的论证就建立在这两个简短的断言之上。 好，现在我们来确认一下公设一，相对性原理。这是伽里略在牛顿之前就弄出来的。崇尚古典力学的人一般没有专门讨论过这个原理，但由于它实际上表达的是绝对时空观念，所以都把它当做不言自明的东西接受下来了，爱因斯坦接受了这一公认的原理，把它作为公设一（只是变换公式有变化，幸好今天的讨论不涉及变换）。好像反对相对论的人士中并没有反对伽里略“相对性原理”的人，那好，我们就有了一个分析问题的共同基础。 而第二个公设是麦克斯维方程组的必然结果：真空中的光速是并仅仅是真空的电磁性质的结果，与所处的参照系无关。只要准确测定了真空的介电常数k和磁导系数μ，就可以通过一个极其简单的不含任何变量（特别是不含位置坐标变量）的公式计算出光速c。因此，如果承认公设一所说的“物理定律（包括麦克斯维理论）在任何惯性参照系中都一样”，那么于空间位置无关的真空中的光速计算公式本身就暗示：真空中的光速在任何参照系中都有同一计算值。在狭义相对论中，爱因斯坦承认这一公认结果，把它作为公设二。由于电磁理论经过近两个世纪的考验，还没有发现违反这一理论的现象，因此作为讨论的共同基础应该没有问题。 到现在为止，我们都还是在传统理论的框架下进行的讨论，但是，一旦双方都承认，这两个公设在理论上，逻辑上，数学上都是没有错误的，双方可以以它们为基础进入下一步“同时性”的讨论，那我们就进入相对论领域了。 现在设有一个静止参照系S，在S的x轴上有三个等距离的观察站A、B和C。它们全都是静止的。如果在时间t＝0时从观察站B向观察站A和C同时出光信号，两个光信号以相同的速度c飞向A和C，并于t＝t′时同时抵达A和C。双方对于这个“同时性”事件应该没有争议。 但如果参照系S相对于另一参照系T作匀速直线运动，那么，位于参照系内部的观察员还能观察到A和C同时收到信号吗？ 现在我们得紧急地复习一下公设一：对于所有的物理定律，所有的惯性系是等效的。早在伽里略时代，相对性原理就告诉人们，不能通过参照系内部的物理实验来确定所在参照系的运动状态。十九世纪后期的许多实验都证明了这个道理。实际上，“不能通过参照系内部的物理实验来确定所在参照系的运动状态”和公设一是等价的，说法不同而已。 因此，参照系S中的观察员费尽心机也无法知道自己所在的参照系到底是在作匀速直线运动，还是处于静止状态。而物理定律在所有的惯性系中都是一样的，如果光速在这种情况下发生改变，竟然加上或减去了参照系S的运动速度，那就说明相对性原理错了。要是真是那样的，十九世纪后期至今的试图探测我们地球这个参照系相对于宇宙平均物质的相对移动速度的所有实验结果（零结果）就无法说明了。 因此，尽管参照系S在作匀速直线运动，但位于参照系S内部的观察员观察到，从B发出的光信号，仍然是同时在t＝t′时同时抵达A和C的。如果他们竟然观察出不同时的结果，那就表明这些观察员能够通过这个在参照系内部的物理实验确定自己所在参照系的运动速度，而这将敲响大家都认可的伽里略相对性原理的丧钟！ 现在我们知道了，不论参照系S是静止的，还是相对于另一个参照系作匀速直线运动，从B发出的光信号都是“同时”到达观察站A和C的。除非伽里略的相对性原理和真空中光速总是同一值的结论中至少有一个错了，否则我们只能接受这样的结论。而黄德民的分析恰恰在这里违反了古典的相对性原理，根据他的推理，由于参照系在运动，光将不能同时到达A和C，应该先到C，后到A（假定参照系S的运动方向是C→A的）。从而他为测定地球在宇宙中的绝对穿行速度找到了一个简单方法。但非常遗憾的是，他这个方法早已经被迈克耳逊－莫雷实验、肯尼迪－桑代克实验等否定了。物理学家们确实太丢人了，至今也不知道地球在宇宙中的绝对速度，而且在可预见的未来也没有能力测量出来。 但是，在参照系T中对参照系S进行密切观察的观察员则确实看到，C迎向光信号运动，A背向光信号运动。因此他确实看到从B发出的光信号是先到达C，后到达A的！要是他竟然观察不到这一点，说明我们无比信赖和钟爱的牛顿力学有了大问题！连小学算数中的什么“甲乙两人从相距20千米的甲乙两地同时相向出发，甲的速度是每小时3千米，乙的速度是每小时2千米，问甲乙两人出发后几个小时能够相遇？”之类的距离、速度和时间的计算题通通要推翻。 情况就是这么古怪，运动中的参照系S中的观察员必须观察到从B发出的光信号同时到达A和C，否则相对性原理和电磁学原理都会遭到破坏，进而物理体系岌岌可危。而参照系T中的观察员必须观察到从B发出的光信号先到达C，后到达A，否则，物理学全面崩溃，连我们的小学知识都有了问题。 这个分析说明我们对“同时”的判断是由于我们采用了特殊参照系造成的。从我们所处的那个参照系观察其他参照系时，会发现该参照系中的观察员发现不了的现象，同理，他也看到了我们看不到的东西。但是，如果我们能和他们坐下来讨论的话，会发现双方采用的物理定律是一样的，光速也是一样的。 在黄德民的分析中，从头到尾都没有用到两个公设中的任何一个，这表明，他仅仅是依据古典力学在讨论相对论的命题，加上他正好把参照系搞反了，不错才怪！ 其实，我在上一篇文章中为反对相对论的人指出了一条捷径，根本不要弄懂相对论，只要在古典理论的框架下把伽里略的相对性原理和麦克斯维的电磁理论驳倒，基石没了，狭义相对论和广义相对论这两座压在我们头上的大山将轰然倒塌，片砖寸瓦不留。 |