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爱氏在‘同时性的相时性’的推导过程中存在矛盾
liangxingan 在爱因斯坦著的《狭义与广义相对论浅说》一书中有关于‘同时性的相对性 ’的推导过程（关于‘同时性的相对性 ’的推导过程的原文见附录） 爱因斯坦在推导过程中说“正当雷电闪光发生的时候，点M’自然与M重合”。他的这一结论是怎样得来的呢？ 首先，他已知：闪电P在路基的A处发光与闪电Q在路基的B处闪光是同时的，M是AB的中点。 其次，他还知：闪电P在路基的A处发光时火车上的A`点与A重合，闪电Q在路基的B处闪光时火车上的B`点与B点重合，M`是A`B`的中点。 由以上已知条件可以推知“正当雷电闪光发生的时候，点M’自然与M重合”。 由以上已知条件我们还可以推知A`与B`同时闪光的结论，推导过程如下：因为，闪电P在路基的A处发光时火车上的A`点与A重合，闪电Q在路基的B处闪光时火车上的B`点与B点重合，所以A与A`同时闪光、B与B`同时闪光；又因为已知在路基上的人看来A与B同时闪光，所以在路基上的人看来A`与B`也同时闪光。这就是说，对于路基是同时的若干事件，对于火车也是同时的，反之亦然（同时性的绝对性）。 从爱因斯坦给的已知条件已可以推导出A`与B`同时闪光的结论，而爱因斯坦又在原己知条件的基础上外加一条光速不变假设从而推导出A`与B`不同时闪光的结论，这两个结论显然是互相矛盾的。 这一矛盾显然是光速不变假设引入之后造成的，所以，光速不变假设是不对的。 附录 9．同时性的相对性 到目前为止，我们的论述一直是参照我们称之为“铁路路基”的一个特定的参考物体来进行的，假设有一列很长的火车，以恒速v沿着图1所标明的方向在轨道上行驶。在这列火车上旅行的人们可以很方便地把火车当作刚性参考物体（坐标系）：他们参照火车来观察一切事件。因而，在铁路线上发生的每一个事件也在火车上某一特定的地点发生，而且完全和相对于路基所作的同时性定义一样，我们也能够相对于火车作出同时性的定义。但是，作为一个自然的推论，下述问题就随之产生： 对于铁路路基来说是同时的两个事件（例如A、B两处雷击），对于火车来说是否也是同时的呢，我们将直接证明，回答必然是否定的。 当我们说A、B两处雷击相对于路基而言是同时的，我们的意思是：在发生闪电的A处和B处所发出的光，在路基A→B这段距离的中点M相遇。但是事件A和B也对应于火车上的A点和B点。［梁注：火车上的两点叫A`、B`点比较好。］令M’为在行驶中的火车上A→B这段距离的中点。正当雷电闪光发生的时候，点M’自然与M重合，但是点M’以火车的速度v向图中的右方移动。如果坐在火车上M’处的一个观察者并不具有这个速度，那么他就总是停留在M点，雷电闪光A和B所发出的光就同时到达他这里，也就是说正好在他所在的地方相遇。可是实际上（相对于铁路路基来考虑）之个观察者正在朝着来自B的光线急速行进，同时他又是在来自A的光线的前方向前行进。因此这个观察者将先看见自B发出的光线，后看见自A发出的光线。所以，把列车当作参考物体的观察者就必然得出这样的结论，即雷电闪光B先于雷电闪光A发生。这样我们就得出以下的重要结果： 对于路基是同时的若干事件，对于火车并不是同时的，反之亦然（同时性的相对性）。每一个参考物体（坐标系）都有它本身的特殊的时间；除非我们讲出关于时间的陈述是相对于哪一个参考物体的，否则关于一个事件的时间的陈述就没有意义。 在相对论创立以前，在物理学中一直存在着一个隐含的假定，即时间的陈述具有绝对的意义，亦即时间的陈述与参考物体的运动状态无关。但是我们刚才看到，这个假定与最自然的同时性定义是不相容的；如果我们抛弃这个假定，那么真空中光的传播定律与相对性原理之间的抵触（详见第7节）就消失了。 这个抵触是根据第6节的论述推论出来的，这些论点现在已经站不住脚了。在该节我们曾得出这样的结论：在车厢里的人如果相对于车厢每秒走距离w，那么在每一秒钟的时间里他相对于路基也走了相同的一段距离。但是，按照以上论述，相对于车厢发生一特定事件的需要的时间，决不能认为就等于从路基（作为参考物体）上判断的发生同一事件所需要的时间。因此我们不能硬说在车厢里走动的人相对于铁路线走距离w所需的时间从路基上判断也等于一秒钟。 此外，第6节的论述还基于另一个假定。按照严格的探讨看来，这个假定是任意的，虽然在相对论创立以前人们一直在物理学中隐藏着这个假定。 |