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这里有一位叫“明日重现”的先生,他的笔名十分雅致地反映了相对论的荒谬,和一首讽刺相对论的外国打油诗“妙龄少女名伯蕾(bright),神行有术光难追。爱因斯坦来指点,今夜出游昨日归。”有异曲同工之妙。“明日重现”先生为了避免恐怖分子的迫害,他先发表声明说“我并不反相,我不了解相对论,我只是故意装成反相者,为的只是在论坛上凑个热闹。”当然,面对恐怖分子的威胁,言不由衷地做些姿态还是“相对”正确的,这在法律上叫做“紧急避险”。为避免他把我看成恐怖分子,我特地把文章标题弄得相当有礼貌。 不过,我后来又看到了“明日重现”说的“反相对论是必然正确的,因为相对论是错误的。”这句话里的“因为所以”关系“相对”他的其他言论,显得不那么有逻辑性,这我姑且不论,我想就他针对我的另一段话:“要使光在真空中的速率总是具有同一值,唯一的方法就是修改时空使之成为相对时空,而同时性的思想实验是意在证明时间是相对的,您却强迫大家先必须承认光速不变,再来讨论同时性是否是相对的。”谈一些看法。 看来“明日重现”对相对论的发展史缺乏点了解。要知道,“首先承认光速不变,再讨论其他问题”这一做法并不是我,一个“连一些简单常识都不懂”的人做出的规定,而是来自实验结果的压力。 麦克斯维方程组问世之后,人们立刻发现在伽里略变换下,麦克斯维方程组在不同的惯性参照系里的形式不可能是相同的,它们只在牛顿力学里的一个特殊的惯性系里才是正确的。问题就出在那个与参照系运动状态无关的光速计算值c上。显然,按照牛顿力学里的参照系变换概念,如果含有c的式子在某惯性参照系S中是正确的,那么他就不可能在对S作匀速运动的另一参照系T里也是正确的。因为由牛顿力学的速度合成定律,在T里平行于T运动方向的光速,必须小于相反方向的光速。因此,含c的式子只可能在一个特殊的惯性参照系里才是正确的。这意味着可以找到在牛顿力学里所不能找出的一个特殊的惯性参照系,在这个参照系里,光速是与光的传播方向无关的,有了这个特殊的参照系,人们就可把一个质点对这个参照系的运动看成这个质点的绝对运动。十九世纪,物理学家们认为,这个特殊参照系是对“以太”静止的参照系,并煞有其事地,煞费苦心地研究起“以太”的各种物理性质来。 在这种大背景下,斐索通过实验证明,如果真有“以太”这种东西的话,“以太”本身就是绝对静止的。这下,物理学家们更加起劲地通过实验来测量地球相对于“以太”的绝对运动速度了。迈克耳逊的实验就是为着这个目的而进行的。结果呢?他怎么也观察不出地球对“以太”的运动。 这个结果意味着不可能通过光学的观察来确定整个体系本身相对于“以太”的运动。洛伦兹和斐兹杰惹在1892年提出“尺缩”效应,用来解释零结果。 以上我们看到,从对空间、时间和运动的旧有概念出发,电磁现象不满足伽里略相对性原理,因此引入了超物质“以太”作为绝对运动的标准。但人们设法测量对“以太”的运动时,却测量不出这种运动。 如果坚持“以太”理论,在地球上的电子现象满足麦克斯维方程组这个事实,表明地球对“以太”的速度是非常非常小的,否则人们将会看到在地球上的光速与光的传播方向有关,但是,根据麦克斯维方程组,光速又是与光的传播方向无关的。实验的结果和理论之间的纠葛导致十九世纪的物理学家认为,在对“以太”快速运动的参照系中,电磁场方程式将远比现在的麦克斯维方程组复杂得多。因此在地球上观察到光速与传播方向无关的事实,仅仅是由于地球对“以太”的速度很小这个偶然条件造成的。 但地球相对于“以太”运动速度非常小这种说法得不到观察的支持。已知地球以30 km/s的速度绕太阳运行,太阳又带着太阳系的所有成员以300 km/s的速度运行,而“以太”又被斐索实验确认为是绝对静止的,因此地球与“以太”之间至少有几百千米/秒的相对速度。而这么大的相对速度居然在迈克尔逊的观察中得不到一丝一毫的反映,这就太奇怪了。 不过,这样的零结果完全符合伽里略首先发现的情况:从参照系内部观察不能揭示有关整个系统的移动速度的任何信息。当然这就是公设一的骨架。 面对这样一个局面,一些物理学家都倾向于光速可能确实在任何参照系中都具有同一值。法国的彭加勒甚至还提出了光速为物质运动极限的概念。 在这种情况下,爱因斯坦认为,在实验室里或我们的太阳系里光速在任何方向都等于c,绝不应该是一个偶然的现象。因此,他认为应该重新回到相对性原理。他认为电磁现象也和力学现象一样服从相对性原理。由于在伽里略变换下,光速不可能在所有惯性参照系里都是c,所以,爱因斯坦认为应该根据所有实验结果,首先承认(不是推导)光在所有惯性参照系里都是c。因此,爱因斯坦把光速问题作为公设二,是受到了实验结果的巨大压力。现在看来,从公设一是可以推出公设二,但如果没有重要的实验结果支持,当时谁敢贸然肯定光速在任何参照系中都具有同一值?为什么当时大多数物理学家不断地修改“以太”的性质,不断地摸索电磁理论的其他方程组,不断地提出各种对实验结果的稀奇古怪解释,就是因为他们还不能跨出那重要的一步,认可光速在任何参照系中都具有同一数值这一事实。 应该说明的是,当时爱因斯坦推出公设二时,已经声明这是一条表面上与公设一不相容的东西。从这个声明中可以看出,他是从肯定实验结果和分析问题方便的立场推出公设二的。 至于公设一,“明日重现”说是经过了修改。其实从内容上看,并没有修改什么,修改的是变换公式。而洛伦兹变换涵盖了低速下的伽里略变换。有人说驳倒了公设一,但这个公设或许不能用什么理论来驳倒,只能通过观察实验来推翻。请问,你们做了这些观察吗? 此外,反对相对论的人士不应该只是简单地说说自己驳倒了相对论的这一论点或那一论点,还应该对十九世纪下半叶以来的全部相关实验结果做出符合实际和符合逻辑的解释。千万不要像当时一些伟大人物(如洛伦兹)那样,就事论事地针对某一个结果提出一个解释,但在解释另一个实验结果时就碰壁。而相对论,不但自然地使那些结果成为自己的数学必然,而且还预言了许多后来经过很多年才获得证实的现象。 相对论会不会被新的理论推翻?或者说被其他的理论超过?当然是有可能的。斯蒂芬·霍金教授不是已经宣布广义相对论在黑洞里的奇点处失效吗?因此他在试图发展一种量子引力理论,以弥补奇点处的理论缺口。 但他的做法并不是置相对论于一边不顾,而是认真对待它。弱电统一理论的倡导者斯蒂芬·温伯格说:“物理学常常是这样的――我们的错误往往不是过于认真地看待我们的理论,而是看待得不够严肃认真。我们在桌子上计算着的数字和方程总是与现实世界有一定的关系的,可是人们常常难于理解这点。” 温伯格有一段对现代宇宙学(类似于大爆炸宇宙学)在科学历史上的地位的评价,只要稍作修改,就可以用到对相对论的历史地位的评价上。修改后的内容如下: |