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相对论关于“同时性的相对性”的论证不成立
黄德民 为了把相对论的问题讨论清楚，我们从相对论的最基本观点——同时性的相对性讨论起。笔者的基本观点是，“同时性具有相对性”的观点是错误的，其论证过程本身不成立。 一、相对论对同时性的相对性的论证 相对论本质上是关于时空的理论。如何确定不同地点的两个事件是否同时呢？相对论提出，假定两观察者约定在相同时刻各自发出一闪光（他们事先已对好钟），其连线中点处的观察者将同时看到这两处闪光，由此，他断定：两处闪光是同时发生的。因此，相对论将同时性定义为：如果由两个事件发出的光信号在同一时刻到达其连线中点处的观察者，就定义这两个事件在此参考系中是同时（发生）的。 以这种定义为基础，爱因斯坦论证出同时性是相对的而不是绝对的。设想一列列车以一定速度通过站台，假定列车和站台为雷电所击，雷电击中列车的首尾，而且在站台所在的参考系看，两处雷击的闪光是同时发生的。也就是说，站台上两闪光连线中点处的观察者可以同时观察到来自两边的闪光。但列车上中点的观察能否同时看到闪光呢？在站台参考系上的观察者看来，当来自前端的闪光到达列车中点处的观察者时，他已朝着闪光方向运动了一段距离，以致于后端的闪光此刻还未到达。由此，爱因斯坦推断说，列车中点处的观察者必然得出结论：两个事件不是同时发生的，列车的前端比后端先遭雷击。这就是爱因斯坦关于同时性的相对论的论证。 二、对同时性定义的再分析 在指出相对论的错误之前，我们先来分析一下同时性的定义，这种分析有助于我们发现相对论的破绽。 设有两闪光点A（左边）、B（右边）同时发光，观察者C位于AB连线的中点上。 首先，假设观察者C始终静止在AB连线的中点处。这样，当光线到达中点时，C将同时看到来自两边的闪光，因此，他有权得结论说，两闪光是同时发生的。 如果观察者C不是静止在中点处，情况就不同了。设想在闪光发出的瞬间，观察者C还位于AB连线的中点，但是等闪光发出后，他却往旁挪了一步，等到闪光真正到达中点时，他已不在原来的中点位置。此时，观察者已不能同时看到来自两边的闪光，也无权得结论说，两闪光不是同时发生的。 如果继续往下设想，观察者C在闪光发出后，不只是往旁挪了一步，而是一直不停地往旁边挪，这样，等到光线到达中点处时，他已离开原来的中点位置。此时，他也不能同时看到来自两边的闪光，也无权得结论说，两闪光不是同时发生的。 如果进一步往下设想，观察者C原本就是运动的，只是在A、B两点同时发光的时刻，他刚好到达AB连线的中点处，在闪光发出后，他仍按原来的速度运动。这样，等闪光真正到达AB连线的中点处时，他已离开原来的中点位置。此时，他不可能同时看到来自两边的闪光，也无权得结论说，两闪光不是同时发生的。相反，如果是另外一种情况，观察者C在两闪光到达中点时也正好运动到中点，则他能同时看到来自两边的光线，也有权得结论说，两闪光是同时发生的。 从上面的分析可以看出，只有当两闪光到达其连线的中点时，观察者正好位于中点位置，他才可以根据是否同时看到来自两边的闪光判断这两处闪光是否是同时发生的。相反，即便在闪光发出的瞬间，观察者处于中点位置，只要在闪光到达中点时，观察者已离开了中点，他就不能以没有同时看到来自两边的闪光为由断定这两处闪光不是同时发生的。 上面的讨论，还没有考虑到光源的运动。若考虑到这一点，情况还要复杂些（因为此时两光源连线的中点是变化的）。但无论怎么复杂，结论仍然是一样的。只有当两闪光到达其连线的中点时，观察者也在该位置，他才有权对同时性作出判断。 可是，相对论在用光讯号中点法为同时性下定义时，并没有认识到这一点。在相对论的定义中，似乎是所有中点处的观察者无论何时都有权对同时性作出判断。严格说来，这种定义本身就是不严谨的。事实上，也正是由于这种不严谨，才使相对论得出了“同时性具有相对性”这种错误结论。 三、相对论的论证存在的问题 在雷电击中站台和列车的例子中，相对论论证道：在站台上的观察者看来，当闪光到达站台中点位置时，列车上的观察者已朝前端移动了一段距离，以致于他会先看到来自前端的闪光而后看到来自后端的闪光。相对论认为，列车上的观察者必然会得出结论：两个事件不是同时发生的，列车的前端比后端先遭到雷击。很明显，在这一推理过程中，相对论犯了一个错误，把不正确的结论当作真理接受下来了。事实上，列车上的观察者根本无权得结论说两事件不是同时发生的。因为在两闪光到达其连线的中点位置时，列车上的观察者已离开了该位置。由此可以看来，相对论的推理是不成立的，不会出现两个观察者对同时性有不同看法的情况。 但也许会有人辩解：“列车上的观察者只是离开了站台的中点位置，并没有离开列车的中点位置，他有权对同时性作结论”。的确，列车上的观察者是没有离开列车的中点位置。但列车上的中点就等同于两闪光连线的中点吗？只有在两闪光连线中点位置的观察者才有权对同时性作结论。在此问题中，当站台中点和列车中点不再重合时，其中必有一点已不是闪光连线的中点，这两处的观察者不可能都有权对同时性作出结论。如果认为站台中点位置的观察者有权作结论，则列车中点位置的观察者就无权作结论。相反，如果认为列车中点位置的观察者有权作结论，则站台中点位置的观察者就无权作结论。决不会出现相对论所说的一个观察者认为两闪光同时，而另一个观察者却认为两闪光不同时的现象，即同时性的相对性的观点不成立。 四、结论 同时性具有绝对性的观点，是人类长期同自然界打交道形成的基本看法和认识，是经过了无数实践检验的真理。而同时性的相对性，仅仅是相对论的一种假想性推论，而且这种推论还存在着不少错误和矛盾，本文指出的问题只是其中的一个。因篇幅有限，这里对其它问题不再展开论述。总之，同时性具有相对性的观点是经不起推敲的，我们要回到同时性具有绝对性的观点上。 |