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<<理论物理的忏悔>> 杨思基 > 因爱因斯坦先生的相对论而辉煌的理论物理已经坐上了“经典的”尊位，和它并列的是上一个“经典”——以牛顿先生为标志的另一个辉煌的时代。“经典”意味着尊贵和威力，但也散发出陈旧的气息。 > 重新思考当年爱因斯坦先生为了创立相对论而做的思考，我们应该能发现散出陈旧气息的出处。让我们静下心来，再考察一遍光、时间和距离，让我们使用爱因斯坦先生提供的材料，看看是否必然烹饪出玄妙而难以下咽的相对论大餐。 > 首先抄录爱因斯坦先生先生立下的假设： > 1、在所有的相互作匀速直线运动的坐标系中，光在真空中的速度是相同的。 > 2、在所有的相互作匀速直线运动的坐标系中，自然定律都是相同的。 > 我们宣誓忠于上述假设，我们同样也效忠于他的另一个观点，这个观点是他在创立相对论时提出并且遵守的，而且在我看来，有朝一日（遗憾的是，就是今天）当相对论被人践踏的时候,这一观点仍然放射出无比荣耀的光芒。我们应该把这一观点设为第三个假设： > 3、光在真空中一经发出，其出发点的位置不再移动。 > 事实上，这一观点在爱因斯坦先生的论述里也是作为一个前提使用的。 > “我们再来利用房内房外有两个观察者的运动着的房间的例子，“四面墙与光源的距离相等”，且“设想房间的墙是透明的”。“假设一个光的信号由房间的中央发射出去，我们再问这两个人：他们观察到了什么？“我们把他们的答复引下来”： 里面的观察者：我事先准备了四个经过较对的钟，一个放在光源上记录光信号的发射时间，有二个分别放在与运动方向垂直的两扇相对的墙上，记录接收到光信号的时间，第四个放在我这里，我和我的钟同样和这两扇要观察的墙距离相等。我并且安排了这两扇墙的钟，在接到光信号时立即向我的钟发射光信号。现在我证实：房中央的光源发出信号后，我的钟显示：两扇墙的光信号同时到达我这里。但我分别前往这两扇墙的钟，查看它们记录的接收光信号的时间，发现时间不同！也就是说，如果仅以我的钟的显示为准，我认为这两扇墙是同时接收到光信号的，但它们的钟显示，它们事实上并不是同时接收到的。 > 让我们看看这是怎么回事：从房间中央发出的光信号一经发出后，根据第三条假设，其出发点的位置就固定不动了，“但光信号同样以标准速率向各个方向行进。”“一扇墙要奔离光信号，而另一扇墙要接近光信号，因此信号到达那奔离的墙，比较到达那接近的墙要稍微迟一些。假使房子的速度比起光速来是小得很的，那么，虽然信号到达两扇墙的时间之差也会小得很，但信号决不会完全同时到达与运动方向垂直的两扇相对的墙。” 同样的道理，那接近光信号的墙在先接收到信号后向观察者的钟发射光信号，但观察者的钟在奔离它；而那扇奔离光信号的墙后接收到光信号时也向观察者的钟发射光信号，但观察者的钟在接近它。这样，如果观察者的钟与这两扇墙的距离和房中央光源与它们的距离相等，那么，这两扇墙接收房中央光信号的时间差，又与观察者的钟接收它们这两扇墙的光信号的时间差相抵消。 > 外面的观察者：我也有一只钟，且完全与里面的观察者安排的四只钟时间一致，如果这么安排有困难的话，我也并不强求我的这只钟与那四只钟的时间完全一致，我的这只钟只需记录分别从那两扇墙发过来的光信号的时刻就行了。好了，现在开始了。当房中央的光信号发出时，我和我的钟正好站在与那两扇墙等距离的某一点上。现在看看我的钟，上面显示：“那接近光信号的墙”的光信号先到达我的钟；“那奔离光信号的墙”的光信号后到达我的钟。但我赶上那座运动 的房子，去查看那两扇墙的钟时，发现“那接近光信号的墙”确实比“那奔离光信号的墙”先接收到房中央的光信号，但它们那两只钟所反映的时间差和我的钟所记录的不同——它们记录的时间差小于我的钟的记录显示的时间差。 这也是个很有趣的现象：当房中央的光信号发射时，外面的观察者正好与那两扇墙等距离，等到光信号到达那两扇墙后再发向外面的观察者时，他们的距离已不在相等。因房子是运动的，“那接近光信号的墙”已缩短了与外面的观察者的距离，而“那奔离光信号的墙”则扩大了与观察者的距离。 到此，我们已重新考察了时间、距离和光的情况。但可惜的是，我们没有得出爱因斯坦先生的相对论。爱因斯坦先生和他的追随者们可能有一大堆高深莫测的论证要把我们搞得晕头转向，当然也会同时把他们自己搞地晕头转向。 任何深奥的理论都应能毫无例外地简化到与常识相一致，否则它就具备了神论或邪教的性质。 我们虽然要惜别了爱因斯坦先生的相对论，但却从他那天才的思想之树上丰收了甘果，尤其是我们依然沐浴在他那光的荣耀里。 2001年07月22日 注：括号里的内容摘录《The Evolution of Physics》 A. Einstein,L. Infeld Cambridge University Press, 1938 爱因斯坦&英费尔德：《物理学的进化》 周肇威译 湖南教育出版社1999年 |