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请各位看一看相对论对同时性等有关内容的论述之后再一起讨论
通过近期对同时性问题的讨论，我发现有许多人对同时性问题的来龙去脉似乎并不十分清楚，所问所答往往偏离问题的本质，难于围绕中心话题进行讨论。为了使我们的讨论有共同的基础，我认为有必要把相对论对同时性等问题的有关论述向大家“亮”出来，然后再进行讨论。 相对论对同时性等问题的论述散见于各种书籍之中，现我从《近代物理基础及其应用》（[美]保罗.A.蒂普勒著，葛正权等译，上海科学技术出版社，1981年）一书中摘录一部分（P16-P18）内容如下： 我们如何使空间中独立的两只钟同步呢？这个问题并不困难，但需要作些思考。一种显而易见的方法是：把这两只钟放到一处使其读数相同，而后把它们移回到各自原先的位置。此方法有缺陷，正如我们已经知道的，按照时间膨胀的结论，每一只时钟运动时都走慢了。假定S系中两只静止在相距L的两点A和B上。如果A点的观察者注视B点的钟，并使他自己的钟与那只钟有相同的读数，那末这两只钟并未同步，因为光从一只钟传播到另一只钟要花费时间L/C。为了使两只钟同步，A点的观察者必须使它的钟超前时间L/C。于是，他将看到B点的钟的读数比他自己的钟落后L/C，然而他认为这两只钟是同步的，因为他考虑到光到达他那儿要花费时间L/C。除了两只钟之间的连线的中点处的观察者之外，所有观察者都会看到这两只钟指示不同的时间，但是当按照光到达他们那儿花费的时间进行校正后，他们也就推定钟是对准了的。使两只钟同步的一种有效方法是：在这两只钟的连线的中点处的第三个观察者C发出一闪光讯号，当观察者A和B接收到讯号时将他们的钟拔到预定的某一时刻。 现在我们来考查同时性问题，假定A和B约定在t0时把各自的炸弹爆炸（已知他们的钟预先对准）。观察者C将同时看到两处爆炸所产生的光，而且由于他离A和B是等距的，所以他断定：两处爆炸是同时发生的。而S系中其它观察者将先看到来自A的光或先看到来年B的光，这取决于他们各自所在的位置。但是根据光到达他们那儿所花费的时间进行校正以后，他们也得出同样结论：这两处爆炸是同时发生的。因此，如果由两个事件发出的光讯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。 为了证明两个在S系里同时的事件，在相对于S系运动的另一S′系里是不同时的，我们利用爱因斯坦引入的一个例子。一列列车以速度V通过站台。在列车的首、尾及中点处有观察者A′、B′、C′。（这里把列车看作静止在S′系中，而把站台看作静止在S系中。）我们现在假定，列车和站台为雷电所击，雷电击中列车的首尾，而且在站台参考系（S）中，雷击的闪光是同时发生的。就是说，在A和B（雷电击中的两点）之间连线的中点处的观察者C可以同时观察到A、B两处的闪光。为方便起见，假定列车烧焦了列车和站台，这样容易确定事件在参考系里的位置。因为是在列车的中间，即在列车烧焦处之间的中点，所以只有当C′在同一时刻看到两处的闪光时，这两处的（雷击）事件才是同时发生的。但是C/看到从列车前端来的闪光早于从后端来的闪光。因为在S系中看来，当来自前端的闪光到达这位观察者时，他已朝着这闪光方向运动了一段距离，以致于来自后端的闪光此刻还未到达C/。因此，他必然得出结论为：两个事件不是同时发生的，列车的前端比后端先遭雷击。如同我们在前面讨论过的一样，列车上（S′系里）的所有观察者在对光到达他们那儿的时间进行校正以后也会同意C′的结论。 （讨论：） 相对论在用光讯号为同时性作定义时，并没有好好推敲，事实上，这一定义是不严密的。下面我们用一种情况加以说明（更多的讨论可以见本网站首页“浏览文章”区域中《相对论关于同时性的相对性的论证不成立》一文）。 设有甲、乙两个惯性参考系，乙相对于甲运动。甲中有A、B两点同时闪光，乙中有C、D两个观察者，乙参考系的运动速度方向与AB连线平行。当A、B同时发光时，乙参考系中的观察者D正好与甲参考系中的AB连线的中点M对齐，而C位于D的左边；当闪光发生后，乙参考系（包括观察者C和D）继续由左向右运动，当甲中的两闪光到达其连线的中点M时，乙中的C也正好运动到与甲参考系中的AB连线的中点M点对齐，此时D到了右边。 在上述过程中，实际上就出现了两种不同情况下的中点观察者，一种是在闪光发出的瞬间与中点M对齐的观察者D，另一种是在闪光到达中点M时与中点M对齐的观察者C。而这一情况的出现，可能是相对论在用光讯号定义同时性时没有考虑到的。既然已经有了两种不同情况的中点观察者，那么究竟哪个观察者才有权按相对论所给的定义以中点观察者的身份对同时性作出判定呢？按正常理解，应该是C有权作出判断，因为只有他的判断才与事实相符。但从“列车例子”可以看出，相对论似乎默认D有权进行判定。 既然如此，我不禁要问： 1． 既然我们明明知道两闪光是同时发生的，也明明知道观察者D不可能同时看到这闪光，为什么还允许他得结论，说这两闪光是不同时的？ 2． 相对论的支持者们也许会辩解说：同时性的判定是各参考系自己的事，说D离开了两闪光中点是因为你站在甲参考系的立场，若从乙参考系考虑，D并没有离开两闪光的中点，因而他有权作出判断。如果是这样，我又要问：既然与甲参考系无关，你怎么知道乙参考系中的D就不能同时看到来自两边的闪光呢？（说D不能同时看到闪光完全是甲参考系的观点）。既然不知道D是否能同时看到闪光，又凭什么说乙参考系中的D会得出两闪光不同时这一结论呢？ 3． 鉴于D必然会得出两闪光不同时这种结论，如果真的认为是D有权按相对论的定义作结论，就意味着同时性的相对性的观点完全是相对论“定义”出来的，并不是相对论所宣称的那样是用“列车例子”等论证出来的。 以上观点，欢迎诸位一起参与讨论。尤其是沈建其先生，我非常看重你是一个严肃认真的讨论者，可不知为什么，对我提出的同时性问题，你一直没有发表意见？ 黄德民 2001.6.30 |