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《清算和总结之一：同时性》
杨思基 同时性概念应该有三层含义：一是同时性的观察者直接参与事件，既是事件发生者之一，也是信号接收者之一，比如：人拍一下桌子这个事件。二是观察者得知多事件自身的同时记录，比如我们在岩层里发现一窝恐龙蛋，这些蛋显示是同时被埋进地下的。三是事件发生的信号经过相同或不同的媒体、同或不同钟点地到达观察者的情况，比如：一个人站在大街上，他的各种感官每时每刻都接收到大量的信号。而我们今天就是对这些信号里哪些信号是“同时”产生的进行讨论。 为了便于讨论和总结同时性定义，我们还是选用单一的媒体进行实验。当然光是最好的，因为它有神奇而又稳定的特点，是其他的媒体无法比拟的。即使这样，我们也要假设我们的实验是在真空中进行的，以免其他因素的影响。 当然，对于我们将要进行的一系列实验，还必须确定以下三个假设： 1、在所有的相互作匀速直线运动的参照系中，自然定律都是相同的。 2、在所有的相互作匀速直线运动的参照系中，光在真空中的速度都是相同的。 3、光一经发射，其发射点的位置不再移动，且成为一个特殊的参照系，或叫做绝对参照系。 实验一，绝对参照实验： 设在一个参照系里有甲、乙两点，从甲向乙发射一个光信号，再从乙向甲发射一个光信号，并分别记录光信号行走的时间，如果时间不同，则该参照系在甲乙连线的方向上相对于绝对参照系是运动的，否则是静止的。 推断过程如下：当从甲向乙发射光信号后，根据第三条假设，发射点成为一个绝对参照系，如果甲乙所在的参照系在甲、乙的连线上依甲乙的方向相对于这个绝对参照系作匀速直线运动，那么乙点在奔离绝对参照系；同样的理由，当从乙点向甲点发射一个光信号后，甲点在接近绝对参照系，因此两次光信号到达各自目的地的时间不同。如果该参照系在甲乙连线的方向上相对于绝对参照系是静止的，则光源甲、乙一直和发射点重合，因从甲到乙与从乙到甲的距离相等，所以两次光信号行走的时间相同。 实验二，一个参照系的实验： 设一参照系上有一座房子，房中央有一光源，光源左右相对的两道墙设为甲、乙，和甲、乙墙同距离的还有观察者丙，丙安放有时钟，房中央的光源发射一光信号后，要求甲、乙墙在接收到光信号时再反射给丙。 根据实验一的不同结果，分别叙述本项实验的情况：1、该参照系在甲、乙两墙的垂直线上依甲乙方向相对于绝对参照系作匀速直线运动。房中央的光源发射光信号后，甲墙在接近这一信号，乙墙在奔离这一信号，因此甲墙比乙墙早接收到光信号。甲、乙两墙先后接收到光信号后立即反射给观察者丙，但丙在奔离甲墙的反射信号，而接近乙墙的反射信号，这样，甲、乙两墙接收房中央的光信号的时间差又与观察者丙接受它们反射的光信号的时间差相抵消，因此观察者丙的时钟记录显示两道墙的光信号同钟点到达丙。但观察者丙知道该参照系是运动的，因此仍会判断甲、乙两墙接收房中央的光信号不同时。2、该参照系在甲、乙两墙的垂直线上相对于绝对参照系是静止的。房中央的光源始终就是发射点，因此甲、乙两墙同钟点接受到房中央的光信号、同钟点发射到观察者丙，丙根据以上情况判断：甲、乙两墙接收房中央的光信号是同时的。 实验三，二个参照系的实验： 设有两个参照系一号和二号，一号参照系是实验二的原班人马和布置，二号参照系有一观察者丁和他的时钟。设相对于观察者丁，一号参照系在甲、乙两墙的垂直线上依甲乙方向作匀速直线运动，且在房中央光源发射信号时，观察者丁正好处在与房中央光源相对并与甲、乙两墙距离相等的位置。甲、乙两墙在接收到房中央光信号后也向观察者丁反射光信号。 根据实验一的不同结果，分别叙述本项实验：1、如果一号参照系在甲、乙两墙的垂直线上依甲乙方向相对于绝对参照系作匀速直线运动。参考实验二的第1部分，我们已经得知甲、乙、丙的记录情况。如果观察者丁所在的二号参照系在一号参照系运动方向的平行线上相对于绝对参照系也作匀速直线运动，不管同方向或反方向，则他的时钟记录的甲乙两墙向他反射的光信号是不同钟点到达的，甲墙的光信号在先，乙墙的在后，且时间差大于甲、乙两墙上的时钟所记录的时间差。这是因为无论二号参照系的运动方向如何，它相对于绝对参照系的运动速度在甲乙的方向上始终小于一号参照系，那么，在甲、乙两墙向观察者丁反射光信号时，丁接近甲的信号反射点，而奔离乙的，从而拉大了甲、乙本已出现的时间差。总之，他判断甲、乙两事件不同时。2、如果一号参照系在甲、乙两墙的垂直线上依甲乙方向相对于绝对参照系是静止的，参考实验二的第2部分，我们也已经得知甲、乙、丙的记录情况。现在来考察观察者丁的观察情况：根据假设，一号参照系和二号参照系相互作匀速直线运动，且在二号参照系看来，一号参照系按甲乙方向运动，而一号参照系这时是静止的，因此二号参照系就只能是运动的，且按乙甲方向相对于绝对参照系运动。如果在房中央光源反射信号时，观察者丁正好处在与房中央光源相对并与甲、乙两墙距离相等的位置，那么他接近甲墙的反射信号，而奔离乙墙的，因此他的时钟反映甲墙的反射信号先到达，但如果他了解一号、二号参照系和绝对参照系相互之间的运动情况，以及他和甲乙两墙的距离，他应该能计算并判断出：甲、乙两墙接收房中央光源的光信号是同时的。 到此我们可以总结以光信号为媒体的多事件的同时性定义：在一个或多个相互作匀速直线运动的参照系中，1、各事件的光信号行走的距离（或行走的时间）相同，且到达观察者的钟点相同；2、或各事件的光信号行走的距离（或行走的时间）不相同，但各事件的光信号行走的距离（或行走的时间）的距离差（或行走的时间差）与到达观察者的钟点差相符合。 姓名：杨 松 地址：安徽省阜阳市颍州区文峰谷堆刘庄58 号 电话：0558-2212662 e-码：yosikii@china.com 2001年07月25日 |