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爱因斯坦创立“狭义相对论”是从 对同时性的讨论开始的。 爱因斯坦在<<狭义相对论的意义>>中写道:为了完成时间的定义,可以使用真空中光速恒定的原理。假定在假定在K系各处放置同样的时计,相对于K保持静止,并按下列安排校准。当某一时计Um指向时刻Tm时,从这只时计发出光线,在真空中通过距离Rmn到时计Un;当光线遇着时计Un的时刻,使时计Un对准到时刻Tn=Tm+Rmn/c。光速恒定原理于是断定这样校准时计不会引起矛盾。 对于同时性,有主观的同时性与客观的同时性之分。经典力学关于同时性的说法,是客观的。物质每时每刻都在发生变化,由于信号的传递速度限制,不可能均被我们感知,如太阳光照射到地球,需要八分多钟时间。我们感知的,也只是光线传递来的八分多钟以前的太阳的信息,现在太阳什么情况,只有以后才能知道。 主观的同时性表面上没人赞成了,实际上远非如此。用光信号作为两点间同时性的校对信号,不失为一个良好的办法。但这种办法推广到任意点之间进行同时性的校对,就会出现一种错误情况。 比如A地发射一个光信号给B地和C地,但B地与C地距A地不一样远。那么A地校对时间起始点 时,因先后接到两个返回信号,它的起始位置就不能确定:与B同时时就不能与C同时,反之亦然。这仅是三点之间的情况,宇宙中有无穷多点的,用光信号进行同时性校对时,实际上既认为光信号具有有限的传播速度,又默认光的速度是无穷大,立即即至。当然,校对了A与B的同时性,再与C校对时,可以告知C应增减多少,但宇宙中的点有无穷多,作到这一点是十分困难的,可以说是根本无力完成的。 是不是没办法校对同时性呢?也不是。前已分析过,时间仅是物质变化的量度,使用周期信号来记数,时钟也只是一个周期信号,是一个比较基准。所以我们校对同时性时,可以在一点校对多个时钟,然后分别拿到各个观察点去就行了。运动是相对的,被测物体也是可作为观察者的。 另外,不能只认为有相互作用时才说物体存在。比如太阳光照到地球上需要八分多钟,我们不能把自己感知太阳光时,才说太阳存在。太阳的实际位置也不是我们看到的位置。有人举例说:与我们相距八十光年处爆发了一颗新星,有人在二十年前写了一本有关新星的书。那么这颗新星不会记载在这本书中。能不能说这本书记叙的完全正确呢?显然是不能够的。因为不管书中记载了没有,八十年前这颗新星就诞生了。我们不能要求记叙完全正确,因为我们的活动能力有限,而事物的变化是无限的。我们只能要求记叙的基本准确。有许多事情我们这一代人是无法得知的,但不能说那种事情不存在。我们的有些感觉掺进了主观的成分,必须经过思维才能了解真情。 比如,我们感到地面是平的(说海平面更恰当)。可地球是球形,海平面当然只是球面一部分。太阳东升西落,实际是地球自转。这些都只有经过思维,有些还需要经过模拟试验才能得出结论。 例如:在北京至广州的火车上设一个邮递员,车尾挂有邮政专车。 某甲乘客要到广州去,在北京站临上车时,给住在长沙的一个朋友乙写了一封信,说了一些事情。当甲乘了一段车后,想起还有一些事情没交待清楚,在火车上又写了 一封信给乙。车上的邮递员很快把信转到车尾的邮政专车上。假设北京站的邮局也把甲的第一封信放在这节专车上,那么长沙的乙同时会收到甲的两封信,甲写信的时间是有间隔的,甲不会承认同时写了两封信。怎样去评价他们说法的是非呢?常识告诉我们,甲是当事人,甲的说法是正确的。乙认为甲同时写两封信是乙的感觉,是不符合事实的。甲的两封信都 寄出了,不论乙收到收不到,都是寄了,不能因乙没收到信就断定甲没有寄信。但如果甲在信的末尾准确地写上了他写信的时间,乙在看信时也注意到这一点,乙就会根据信上注明的时间判断甲在什么地方写的信。并能想到,甲在写这些信时,自己分别在干着什么。但是,自然界的情况要复杂的多,物体大都不能把自己发出信号的时间写在信号上,所以人们在接到信号时需要仔细的判断,不然会出现甲乙两人说法不同的情况,可能会得出错误的结论的。 另外,如果乙的住地不在长沙而在郑州,甲的第二封信又是在经过郑州以后发出,那第二封信就与甲的行程相反,情况就更复杂了。 上述说法是大家早已知道的。当某人要到朋友那里去而希望朋友到车站给自己帮助时,总是打电话或发电报给自己的朋友,就是因为电话或电报有比信件更快的传递速度。如果写信,除非是几日前就把信寄出,那就只好由自己去拆信了,希望得到的帮助是不可能的。 如果甲不是乘火车而是乘飞机,飞机中途在武汉停留。甲在北京起飞时寄出一封信,甲在武汉停留时又寄出一封信。如果邮政系统仍以火车送信,那么乙收到甲的第二封信要比收到甲的第一封信要早一些。如果 乙粗心一点,就会把信的次序颠倒。当然乙可以从信的内容和注明的时间来做出正确的判断。但是自然界怎样来标明这些信号的先后呢? 对于信件发出的时间,甲的说法是正确的,而乙只有在经过思维分析后才能 得到正确的结论。“狭义相对论”否认甲的说法,承认乙的感觉,不出错误才怪呢。 “在某个参考系中同一时间,但在不同地点发生的两个事件,在另一个参考系看来,将变成被一定时间间隔分离开来的两个事件”。“在某个参考系中同一地点但在不同时间发生的两个事件,在另一个参考系看来,会变成被一定空间间隔分离开的两个事件”。这两种说法,用“看来”一词表述,只反映观察者的感觉,并不是事实。而这两种说法,却是“狭义相对论”使时间与空间等价且可以互相转换的理论基础。
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