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回顾牛顿力学。在那里，时间是绝对均匀流失的，因此，人们可以通过一只移动的标准时钟把各地的钟对准。显然，处处有时钟、处处有观察者也是伽利略变换的特征。没有这个特征，我们就无法进行实质操作。若存在某一动力学原因使得运动时钟的时率发生变化，则仅当时钟所指示的时间外推到迁移速度为零的时候，才能提供正确的结果。同理，如果存在某一动力学原因使得运动杆发生收缩，只有引入某一修正项（同时性相对的）才能保持欧几里得几何继续有效。这个动力学原因是什么呢？ 牛顿力学是以没有时空形象的质点为研究对象。爱因斯坦虽然沿用了质点的概念，但他又赋予质点丰富的时空形象。但是在爱因斯坦的意识中，运动质点的动能增量是以间断性粒子的形态存在于质点上，这个错误的思想使得相对论无法用物理语言表述这个时空形象，因此运动质点的时空形象只能隐藏在洛伦兹变换的数学语言中，其结果就是相对论效应。下面，我们把这个数学语言“翻译”为通俗的物理语言。 诚然，任意两个相互作匀速直线运动的参考系都可以把它们看成经历了这样的历史：即原先二者相对静止，后来经过加速运动而形成的。这样，物体在加速过程中借助外力做功而与环境交换的能量ΔEk将以场的形态存在物体上，并占一定的空间区域。容易证明，这个区域与引力场中一个引力被“变换掉”的无限小区域等效。 就一个匀速直线运动的刚杆来说，如果把它抽象为只有长度而没有大小的线段，则该线段“沉浸”于场为零但势不为零的区域中，区域中的物质可能会造成了线段沿着场梯度方向收缩；同样，沉浸在其中的时钟也可能会变慢。然而，线段收缩意味着欧氏几何空间的破坏。容易证明，在相对性原理下，只有引入“同时性是相对的”这个修正项，空间的欧氏几何学才能继续有效。 在力学规律中，质量、时间和长度是紧密联系着的。从计算上来看，质点的质量增加意味着用来描述该运动质点的时间和长度也随之而变化，而长度变化必然破坏空间欧几里得性，只有把同时性定义为相对的，力学规律的形式（如动量守恒定律）才能保持各系平权。换言之，空间的能量和物质分布必定使得空间几何学成为非欧几里得的，只有走上“同时性是相对的”道路，力学规律形式才能保持各系平权。显然，空间几何学不是先验给定，而是由物质所决定的。 在“光在火车中传播实验”范例中，如果用声速代替光速，我们也可以得到一个小规模的，内在一致的爱因斯坦世界——声速2-洛伦兹变换。然而，如果我们说长度及时间单位除了服从光速或声速不变外，不再受到别的限制，这个世界就为内在一致的。这无疑不是爱因斯坦的思想。 事实上，爱因斯坦的运动学只不过是一种可能的定义方法，而在“声速 ”这一情况中，它甚至连普通的方法都有不如。正是这个原因，一般很难用一些简单模型来演示爱因斯坦的运动学。声速的简单模型无疑能正确地给出不同参考系上长度和时间之间的关系，但是却会得出质点运动上限为声速、质能方程中的当量常数为声速平方等错误的符号。 |