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乔治·伽莫夫:时间与空间的相对性(节选)

2020-02-12 15:44:53来源: 人学研究网 已浏览人数:
如果我们把“光以太”定义为传播光波的东西,那么,我们说光波是在光以太中传播的,这倒是一句无懈可击的话,不过这只是无谓的重复而已。

  (作者:乔治·伽莫夫(1904——1968),美国核物理学家、宇宙学家)
  
  不同速度运动的物体上,时间本身流逝的快慢就是不同的,因此,记录时间的机械系统也相应地变慢了。不过在像汽车这样低的速度下,时间变慢是微乎其微,简直是觉察不出来的。
  
  再举一个例子。设想一个人在一列行进的火车餐车上用饭,餐车上的侍者认为他是在同一个地方(第三张桌子靠窗的位置)喝开胃酒和吃甜食&*的。但对于两个站在地面上从外向车内张望的道岔工——一个正看到他喝开胃酒,另一个正看到他在吃甜食——来说。这两个事件的发生地点则相距好几英里远。因此,我们可以说,一个观察者认为在同一地点和不同时间发生的两个事件,在处于不同运动状态的另一个观察者看来,却可以认为是在不同地点发生的。
  
  从时空等效的观点出发,把上面话中的“地点”和“时间”这两个词互换,就变成了:一个观察者认为在同一时间和不同地点发生的两个事件,在处于不同运动状态的另一个观察者看来,却可以认为是在不同时间发生的。把这些话用到餐车的例子时,那位侍者可以发誓说,餐车两头的两位乘客正好同时点燃了“饭后一枝烟”,而在地面上从车外向里看的道岔工却会坚持说,两人点烟的时间一先一后。
  
  因此,一种观察认为同时发生的两个事件,在另一个观察看来,则可认为它们相隔一段时间。
  
  这就是把时间和空间看作仅仅是固定不变的四维距离在相应轴上的投影的四维几何学,所必然要得出的结论二、以太风和天狼星之行现在,我们来问问自己:我们使用这种四维几何学的语言,是否仅仅为了证明在我们的旧的、相当不错的时空观念中引入革命性变化的正确性?
  
  如果回答是肯定的,那我们就向整个经典物理学体系提出了挑战,因为经典物理学的基础,是牛顿在两个半世纪以前对空间和时间所下的定义,即“绝对的空间,就其本质而言,是与任何外界事物无关的,它从不运动,并且永远不变”;“绝对的、真实的数学时间,就其本质而论,是自行均匀地流逝的,与任何外界的事物无关。”不用说,牛顿在写这几句话的时候,他自己并不认为他是在叙述什么新的东西,更没想到它会引起争论;他只不过把正常人的头脑认为显然如此的时空概念用准确的语言表达出来罢了。事实上人们对经典的时空概念的正确性是如此深信无疑,因此,这种概念经常被哲学家们当作是先验的东西;没有一个科学家(更不用说门外汉了)曾认为过它们可能是错误的,需要重新审查,重新说明。既然如此,为什么现在又提出了这个问题呢?
  
  答案是:人们之所以放弃古典的时空概念,并把时间和空间结合成单一的四维体系,这并不是出自审美观的要求,也不是某位数学大师坚持的结果,而是因为在科学实验中不断地发现了许多不能用独立的时间和空间这种古典概念来解释的事实。
  
  经典物理学这座漂亮的似乎是永久性的城堡所受到的第一次震撼基础的冲击——一次松动了这精巧建筑物的每一块砖石,撼倒了每一堵墙的冲击——是美国物理学家迈克耳孙1887 年所做的一个实验引起的。这个实验看起来并不起眼,但所起的作用不啻约书业的号角对于耶利哥的城墙的作用。迈克耳孙实验的设想很简单:光在通过所谓“光介质以太”(一种假设的、充满宇宙空间和一切物质的原子之间的均匀物质)时,会表现出一定的波动性来。
  
  向池塘里丢进一块石子,水波就向各个方向传播;振动的音叉所发出的声音也以波的方式向四方传送,任何发亮的物体所发射出的光也是这样。水面上的波纹清楚地表明水的微粒在运动;声波则是被声音穿过的空气或其他物质在振动。但我们却找不出什么负责传递光波的物质媒介来。事实上,光在空间中的传播显得如此轻易(与声音相比),以致使人觉得空间真是完全空虚的!
  
  不过,如果空间真是一无所有的话,硬说在本来无物可振之处有什么东西在振动,岂不是太不合乎逻辑了吗?因此,物理学家只好引用一个新概念“光介质以太”,以便在解释光的传播时,在“振动”
  
  这个动词前而有一个实体作主语。从纯语法角度来说,任何动词都需要有一个主语,但是——这个“但是”可要使劲说出来——语法规则没有也不能告诉我们,这个为了正确造句而引进的主语具有什么样的物理性质!
  
  如果我们把“光以太”定义为传播光波的东西,那么,我们说光波是在光以太中传播的,这倒是一句无懈可击的话,不过这只是无谓的重复而已。光以太究竟是什么东西和光以太具有什么物理性质,这才是实质的问题。在这方面,任何语法也帮不了我们的忙。答案只能从物理学中去找。
  
  人学网·宇宙探索栏目责编:自然子

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