但他們還是壹大早就被人吵醒了,門口來了壹隊行裝古怪的外國人。有的操著蹩足的葡萄牙語向他們問好,有的打著手勢借水喝,更多人在忙著架設天文望遠鏡和照相機。
中午時分,燦爛的陽光慢慢開始變暗,本世紀壹次著名的日全食發生了。圍觀的人群騷動了起來,紛紛在胸口畫著十字,有人急忙去找牧師,而那些外國人則胸有成竹地開始進行觀測。
他們是壹支天文觀測隊,來自遙遠的英國,此行的目的是驗證壹個德國人的奇怪理論。
很快數據得到了處理,而且底片也沖出來了。
領隊的教授是壹個標準的英格蘭紳士,雖然紳士們最推崇沈著冷靜的作風,但是教授的目光明顯流露出期待和不安。當他將濕漉漉的底片放在燈下時,很快教授先生的手連同大胡子都激動地抖了起來,宇宙有界還是無界,我們所屬的空間平直還是彎曲,牛頓思想勝利還是被顛覆,都取決這幾張小小的底片了。他深吸壹口氣,睜大了眼睛。
很快,即使離屋子五十米以外的地方都可以聽到壹聲毫無風度的嚎叫:“我的上帝,難道那個叫愛因斯坦的德國人到底說中了?!”
在兩張重疊的底片上可以清晰地看到壹條筆直的星光在穿過陰影中的太陽時,竟然發生了偏轉,偏轉角是 秒。
英國皇家學會的大廳裏,坐滿了英倫三島的科學精英。他們有的可能意識到這會是個不平凡的日子,特地換上節日才穿的西裝。
當大會主席湯姆遜爵士,扶了扶眼鏡,慢吞吞地宣布這次大會的議題是《廣義相對論在天文學上的驗證》時,底下的學者們就開始竊竊私語,而後聲音愈來愈大,有的甚至不等主持人的召喚隔著橡木桌就站起來大聲辯論,湯姆生幾次搖鈴試圖控制局勢都未成功,他遺憾地搖搖頭,向旁邊的幾位委員尷尬地笑笑。
但是當著名的天文學家愛丁頓勛爵,這次天文測量的總領隊出席在會場時,下面頓時靜了下來。他滿臉風塵,聲音低啞而且發言簡短,但縱使會場離他最遠的人也聽清了這樣幾句,“……鐵壹般的事實……光線彎曲了……與愛因斯坦博士的計算結果完全壹致……”
會議開到很晚,沒人提前退出會場,甚至沒有人站起來發言。鮮紅的地毯,昏黃搖曳的燭光,將沈思中的學者們的臉襯得或明或暗。沒人感到饑餓,沒人感到倦意,更為糟糕的是工作人員似乎也受上了物理學家風範的影響,粗心得連晚餐也忘了上。但人們根本顧不上這些,從白發班駁的老學究,到頗富朝氣的新銳,都在默默地思考著,激動著。
無論是贊成派還是反對派,都清楚這的確是重要的壹天,不僅二十世紀物理學的壹代巨人就此崛起,而且是他,愛因斯坦,親手掄起大槌,將牛頓苦心創建,業已竣工百年的經典物理學的大廈砸開第壹道裂紋。
牛頓也錯了?物理學就此混亂?末日就此到來?呵,依撒克?牛頓,我們心中的神祗,我們都是妳忠實的追隨者,妳會怎樣指示我們呢?人們紛紛把目光投向大廳正中牛頓的巨幅畫像上。
牛頓不說話,他只是高深莫測地笑著。
在倫敦,第二天影響甚大的《泰晤士報》頭版頭條的報道是《光線彎曲了,牛頓神話的破滅》,盛贊愛因斯坦是繼牛頓之後的最偉大的物理學家,他更正了人類的時空觀,拓展了人類的思維世界,並且斷言他的相對論產生的影響決不會只囿於二十世紀。很快,從躑躅在倫敦街頭的商販,到面目黝黑的煤炭工人,都隱約知道了科學界最近發生了驚天動地的事,至於對其它人有什麽影響,壹時還領悟不到。畢竟,這離相對論的副產品之壹——原子彈的誕生,還有漫長的二十六年。
在大西洋彼岸的紐約,慣用嘩眾取寵手法的《紐約時報》的頭條標題是“俄國爆發革命”,但接下去以更大的標題寫道:“愛因斯坦的勝利”,“恒星在不在它們應在的位置上出現,但是似乎不必擔心。”按照他們的報道,公眾們已開始懷疑九九乘法表的正確性,學生們則開始拒絕作幾何題,又據稱,愛因斯坦在把他的著作交付出版商時,警告說全世界僅有 個人懂相對論,但出版商樂於承擔這個風險。
在巴黎,沙龍裏“相對論”立時成了最時髦的詞語。雍容的女貴族可以壹邊撫著懷中的哈巴狗,壹邊和女友們眉飛色舞地談論“相對論”,如同在談論昨夜剛上演的歌劇。她們並不需要紙和筆。
在柏林,官方機構正在為難是否宣傳這位並不是日耳曼人而是猶太人的傳奇科學家的時候,大街小巷的啤酒館裏的人都在神秘而興奮地談論著愛因斯坦和他的相對論。是的,自從壹戰以德國的慘敗而告終後,很久沒有這樣激動人心的話題了。壹個德國人能受到戰勝國的推崇,真是少見。壹夜之間,即使是小學生也把愛因斯坦那著名的公式寫入了練習簿。
第壹次世界大戰的硝煙剛剛散盡。為民族主義所鼓動的人們在狂歡或狂悲過後,卻發現轟轟烈烈的壹戰除了大口徑重炮,齊柏林飛艇,滿目瘡痍的建築物和以百萬計親人充當的炮灰以外,委實沒有剩下什麽。理性終於在人們的冷靜中回歸,科學再度被擺上至高無上的地位。
不管怎麽講, 年的愛因斯坦如日中天。
街頭的電車剛剛停穩,就下來壹個穿褐色風衣,頭發淩亂的中年人。剛才在電車上,警惕的售票員幾乎把他認作小偷,因為他實在很少見這種脖子上紮著領帶,腳下穿著拖鞋的人。不過要是他知道這就是大名鼎鼎的愛因斯坦教授,壹定會驚訝得說不出話的。愛因斯坦先生剛剛從他朋友洛侖茲教授的電報裏得知廣義相對論被證實的消息,他不過微微壹笑,自然,壹切都在意料中了。
心情畢竟很好,他邊走邊哼著舒伯特的小夜曲,但是沒過多久聲音就小了下去。愛因斯坦,這位歷史上出名的智者,又壹次晃著碩大的頭腦陷入沈思,他在想些什麽呢……
年 月 日,阿爾伯特?愛因斯坦誕生於德國南部壹個寧靜的小城烏爾姆。和牛頓壹樣,這個註定要震撼世界的人的童年並未有任何特異之處。
他的父親海爾曼?愛因斯坦雖說是壹位商人,但是他年青在學校裏展現的數學方面的才華是有目***睹的。而他的母親艾爾莎則是音樂愛好者,並經常在家庭聚會大聲朗誦席勒的詩篇。父親的數學才華加上母親的藝術天賦,照理小愛因斯坦應該聰穎過人。然而這個孩子天生沈默寡言,以致憂心的母親壹度懷疑他是否有智力障礙。
但是當他的母親奏起鋼琴時,小愛因斯坦就會側過腦袋傾聽。他的湛藍的目光顯得很是深邃,孩子顯然是聽懂了。這就是美呀。也許他畢生所追求的自然界和諧的美就根源於此。
很快愛因斯坦就發現小城的環境並不適合他。彎曲而狹窄的街道,莊嚴的哥特式教堂,威武雄壯的炮臺,這裏似乎更適宜培養出壹批熱血的日耳曼戰士,而不是他這種視自由為生命的思想家。在宏大的閱兵式上,普魯士軍官刻板的軍令,士兵們單調的步伐,往往成為孩童們模仿的對像。而這時可憐的愛因斯坦緊張地抓住大人的手,他要回家。軍號和刺刀是他厭惡了壹生的東西。
在學校的情況似乎也妙不到哪裏去。他是壹個猶太人,而歐洲排猶的習俗由來已久。周圍同學有意無意的傷害,使小愛因斯坦更加孤僻。老師們也沒有註意到蜷在教室壹角的他,在老師看來,不能掌握拉丁文語法的孩子是沒有前途的,而且小愛因斯坦回答問題時總顯得很遲鈍。他們並不能理解這是愛因斯坦思考比同齡人深刻得多的緣故。
這期間也發生了觸及愛因斯坦終生的事。
他的父親送給小愛因斯坦壹個羅盤針。不管他怎麽撥動指針,它永遠只朝壹個方向。這在大人們看來是司空見慣,但在孩子的眼裏充滿了神奇,壹定有什麽神秘的力在推動它,怎麽才能找到這種力呢?孩子為這苦惱了壹段時間。
在他升入中學的時候,他第壹次接觸到了幾何。這更是壹個充滿魔力的世界。書上各種復雜的定理歸根到底由幾個公理推論而出,壹切是那麽的簡明,而證明過程又嚴格得無可挑剔,自然界有它獨特的秩序美。
更令小愛因斯坦驚奇的是自然界竟也會騙人!人們通過粗淺的直覺經驗得來的結論往往是那麽的不可靠。上帝不僅淘氣,而且吝嗇,他經常會把真理像皮球壹樣踢向更深處,然後轉過身向人們扮個鬼臉。人類對真理的追尋如同與上帝的角力。”或許我們對世界的看法根本就有偏差,因為它不過是建立在幾個公理之上的,如果這些公理本身也有漏洞呢?”當小愛因斯坦擺弄著圓規和三角板的時候,心中升起這樣的念頭。當然他沒有說出來,說出來也只會導致大人緊張地伸出手去摸他的額頭,沒有人相信若幹年後這個羸弱的孩子會輕輕掀翻整個人類的世界觀。
對於愛因斯坦而言,長期音樂的熏陶賦予他美感與想象,對常見事物的深思訓練了他的洞察力,而幾何題迷宮壹樣的推理使他的思路更加縝密。他無疑是幸運的。
然而愛因斯坦還是不能足夠敏銳地回答老師的問題而遭白眼,還是不得不交出自己精心制作卻依舊醜陋的泥捏小板凳而遭同學們嘲笑,拉丁語的課文念得結結巴巴,算術考試也由於馬虎而錯誤百出,整個少年時代,學業不過平平。
從 年到 年,愛因斯坦求學於瑞士蘇黎士工業大學,這是他壹生中十分平靜和愜意的地方。
瑞士立國數百年,自由的氛圍歐洲無國可及。愛因斯坦在這裏聽不到士兵們無休止的沖殺聲,空氣清新,陽光也分外的和媚,即使巡邏在街頭的警察也是步履緩慢,眼角蘊含著笑意。
在這裏,愛因斯坦的自由散漫發揮到極致。他可以穿著拖鞋進出教室,可以蓬頭垢面地整天窩在實驗室,可以和同學們在壹起自由討論,可以不去上自己不喜歡的課。他甚至對數學這樣重要的課都去敷衍。在他當時看來,物理世界是簡單而優美的,上帝只垂青 、 、 、 ……,而數學只是徒增形式上的復雜。這甚至影響他多年以後的研究工作。
用現在的眼光看來,當時無論數學還是物理都發展得遠不夠充分。到二十世紀末,我們才發現數學和物理交叉愈來愈深。以前只是物理簡單地從數學中尋找工具,而現在甚至物理可以導致數學中的突破。
我記得在壹次報告中,諾貝爾物理獎獲得者李政道博士伸出雙手,這樣說道:“物理學和數學猶如壹根樹枝上的兩片葉子。”
可是壹般說來,極富洞察力具有哲學家氣質的人,並不壹定很勝任細瑣而又精密,邏輯性強的數學推理工作。
從來沒有人能兼兩者之長,牛頓不能,愛因斯坦也不能。
更主要的是愛因斯坦發現展現他面前的數學分支繁復,數論,幾何,拓撲等等,任意壹門就會耗盡壹生的精力。這情形猶如布裏丹之驢。這頭可憐的驢子因為擺在它面前的兩堆稻草同樣厚而無法選取吃哪壹堆,最終活活餓死。
但是,愛因斯坦很快就要為自己的選擇付出代價了。考試之前,他對著自己散亂不堪的筆記發楞。幸好他的老朋友格羅斯曼先生是壹個生來與愛因斯坦處處相反的人,他的筆記和他的人壹樣,光鮮齊整,壹絲不茍。當愛因斯坦在發展廣義相對論時發現幾何知識欠缺而找其時已為數學教授的格羅斯曼援手時,這已經是十幾年以後的事了。
愛因斯坦用格羅斯曼的筆記馬虎對付了考試,但這並未改變老師對他的看法。在教授們眼中,他懶惰無比,性格怪僻,而且他是唯壹與教授打招呼用“餵”的學生。這也是愛因斯坦雖然聰明絕頂,卻不諳世事,天真得如同孩子的緣故。
他的數學老師閔可夫斯基看見愛因斯坦從實驗室裏衣冠不整地跑出來,便將他擋住:
“愛因斯坦,妳也許是個聰明人,但妳決不適合搞物理,為什麽妳不嘗試壹下其它職業,比如學醫或者法律呢?”
“也許吧。”愛因斯坦淡淡地回答道。
僅僅幾年後,閔可夫斯基為他“並不勤勞”的學生的狹義相對論搖旗吶喊,並為此名動四海時,壹位記者不合時宜地問道:
“教授先生,您何以曾斷言愛因斯坦不適合從事物理工作呢?”
“他太懶了,至少在當時。”教授聳聳肩。
不幸的是這位閔可夫斯基先生不久就身纏沈屙,臨死前曾大發感慨:在相對論剛出世的年月就死去,真是可惜呀。
也不能說愛因斯坦在這幾年無所事事,他主要的精力花在實驗室裏,當時全世界的物理學家都在疲於奔命地尋找以太,他也曾設計過幾個實驗,顯而易見,簡陋的條件和根本不存在的以太使他的努力徒勞。
他也經常和他的朋友們去壹個叫做“都會”的咖啡廳。他們在這裏經常進行哲學話題的探討,壹次同學介紹了馬赫的作品《力學》給他。馬赫是對牛頓的經典力學開炮的第壹人,他尖銳地抨擊了牛頓絕對空間和絕對時間的觀念。
愛因斯坦如獲至寶,馬上拿回去通宵閱讀。馬赫的思想赫然如黑夜中的明星,空間也是絕對的,時間也是絕對的,既然都是絕對而孤立的,那麽我們怎麽能感覺到時間和空間的存在呢?
夜已經很深了,愛因斯坦屋內的燈光依舊閃爍,這位思想的巨人,又開始磨礪他的曠世利劍了。
當愛因斯坦走出校門,卻悲慘地發現自己畢業即失業,而且父親在意大利辦的公司也破了產,絲毫幫不上忙。他曾努力地申請留在蘇黎士工業學院教書,但是高高在上的教授們冷漠地拒絕了他。沒有人喜歡壹個離經叛道的鬥士。
秋天晚上的瑞士已頗見寒意了,我們的愛因斯坦先生披著深色的風衣,手中的舊皮箱裏盛著全部的家當,涼風拂著亂發,靜靜地走在漫長的街道上,路燈劃下斜斜的影子。
真是安靜呀,事實上終其壹生,愛因斯坦都是在這種靜謐中度過,這不僅是指外部環境上的,更是他內心深處的。無論他是在日內瓦時的窮困潦倒,或是在柏林時的譽滿全球,還是在普林斯頓時的無人喝彩,孤獨的感覺始終如影身隨。
後來他曾反復說過自己最希望的職業是看守燈塔,洶湧而漆黑的海面上壹盞明燈,指引了航船的同時也照亮了自己的內心,那裏更像是壹間祈禱室,可以靜靜地聆聽上帝的指示。他甚至不願意接受作為教授這項職業所領的薪水,而寧願把物理學研究作為業余愛好。看來顯然是受了中世紀的大哲學家斯賓諾沙的影響,這位先哲的正式職業是在荷蘭阿姆斯特丹的壹家偏僻的眼睛店裏磨鏡片。
可是現在真是發愁呀,轆轆的饑腸,妻子焦灼期盼的眼睛,還有她肚裏的孩子……
迎面刮來壹張殘破的報紙,愛因斯坦沒精打采地壹瞥,上面印著份招聘啟事:“伯爾尼專利局,征聘二級工程師,須受高等教育,精通機械工程或物理學……”
愛因斯坦眼睛壹亮。
很快伯爾尼專利局的職員們迎來了壹位新同事,這位同事似乎格外地忙。工作十分賣力不說,還經常和夫人壹起排隊買面包,或者推著嬰兒車在公園閑轉,而在上班時還偷偷地在紙上寫寫畫畫。幸虧他的上司壹點兒也不知道這位年輕的專利審查員完成任務是多麽迅速,不然他這種拙劣的表演很快就會露餡的。
其時已經是 年,愛因斯坦 歲。當時他久已遠離的物理學界正處於更大的混亂中,尋找以太的實驗徹底失敗,壹些物理學家提出種種解釋。比如愛爾蘭物理學家斐茲傑諾提出,運動的物體可能因為以太風壓縮而變短,但這遭到更多人的反駁。不僅如此,幾年以前,倫琴發現的 射線更使人覺察到物質內部有更為基本的結構,而普朗克在 年提出的量子論,也已經掀開了物理學新的篇章,只是當時沒有人意識到罷了。無論怎樣,用“山雨欲來風滿樓”來形容當時的情形是再恰當不過的。
然而愛因斯坦在學術上處於十分封閉的狀態,他沒有機會聽取報告,也沒機會參加學院的討論班,和他交往頻繁的不過是壹些民間物理學愛好者。但是這並不能阻止他向物理學的塔尖邁進。
他壹直在苦思“以太之迷”,而且他走的道路與所有人的都不同。還在他中學的時候,他壹度對邁克斯韋的電磁理論崇拜之致。這並不是因為它能解決很多實際問題,比如導致電磁波的發現。愛因斯坦看中的是公式本身具有完美的對稱性,但是顯然這種協變性與牛頓的經典理論是相沖突的。
比方說,按照牛頓力學的觀點,如果壹個人站在速度為 的車上以相對於車以 的速度向前拋出壹個皮球,在地面靜止的人來看,球的速度是 加 等於 。任何初通物理的人都會得出這個結論。然而,我們知道光也是壹種電磁波,它在真空中的速度是 ,如果那個站在車上的人拿的是支手電筒,那麽在地面上的人看來,光的速度是多少呢,還是 加上 嗎?還能簡單地疊加嗎?
要是妳以 的速度追上壹束光,妳會看到怎樣的景象呢,妳會看到光波在原地不動地抖動嗎?
愛因斯坦進行了壹次冒險,他寧願為了從對稱性這種單純的美學觀點出發,而放棄掉人們習以為常的經驗。他也是信仰上帝的,但他不是信仰那個只手捏控人類命運的上帝,而是那個在萬物的有序和諧中顯示出來的上帝。
我們稱之為冒險,是因為僅僅在幾十年後,兩個在美國留學的年青人在研究基本粒子中“ 之迷”的時候,提出的“在弱相互作用中宇稱不守恒”理論,簡單地說就是對稱性的破壞,在當時激起軒然大波,按照普通美國人的解釋是他們又推翻了愛因斯坦的相對論。事實上推翻的不是相對論,而是從古希臘文明以來人們對自然界恒久抱有的美麗幻想。仿佛無數物理學家費勁心機終於戰戰兢兢揭開上帝——這位夢中情人頭上的面紗,卻失望地看到壹張坑坑窪窪的老嫗的臉。
這兩個值得全人類驕傲的年青人都是中國人,他們壹個叫李政道,壹個叫揚振寧。
觀念上的重大修改無疑引起很多麻煩,對於新觀念的創始人來說更是如此。很快愛因斯坦的頭腦裏塞滿了以太,量子,時間,空間這些東西,以至於給他的孩子小漢斯拿著奶瓶餵奶時也時常走神。而邏輯上的混亂讓愛因斯坦更是無所適從。
他疲倦地從辦公室回到家裏,頭腦裏天旋地轉,然而憑直覺愛因斯坦逐步認定有種極平常的經驗在作祟,究竟是什麽呢?他越想越困,眼睛慢慢快要闔上了,這時,廚房裏傳來妻子米列娃的呼喚,“阿爾伯特,吃飯的時間到了,還不快收拾桌子?”
“時間!?”宛如流星劃過腦際,愛因斯坦幾乎從椅子上跳將下來。他匆匆翻開牛頓的《自然科學的哲學原理》。在上面牛頓以確鑿的口氣寫道:
“絕對空間就其本性來說與外界任何事物毫無關系,它永遠是同壹的,不動的。”
“絕對的,真實的數學時間本身按其本性來說是均勻流逝的,與外界的任何事物無關。”
“在運動系和靜止系坐標變換時,顯然,時間是不變的。”
不會是這樣的,壹定不是這樣,愛因斯坦壹邊埋著頭,壹邊踱著步,壹個在運動著的車上的人看到的時間,與在地上靜止的人看到的時間未必相同,嘿嘿,根本不存在絕對的空間和絕對的時間,既然如此,我們費力尋找的以太,刻意想測量出地球相對於絕對空間的速度,都是徒然。以太不是找不到,而是根本就不存在!!
在壹個月內,名不見經傳的愛因斯坦向德國最有聲望的雜誌《物理學年鑒》 發表了四篇論文。他挑出分量最輕的壹篇,內容是通過中性物質的稀溶液的擴散和內摩擦來測定原子的大小,寄給了他的母校蘇黎士聯邦工業學院,毫不費力地取得了博士學位。另壹篇是關於研究懸浮微粒的布朗運動的,也開辟了壹個新方向。
第三篇是著名的光電效應,歷史上第壹次提出光量子的理論,在發展與相對論並稱二十世紀物理學兩大基石的量子力學中意義重大,幾年後單憑此而不是相對論就獲得諾貝爾物理獎。其實就愛因斯坦的貢獻來看,壹生完全可以五次登上諾貝爾獎的領獎臺。光量子理論;狹義相對論;廣義相對論;統計物理中的玻色——愛因斯坦凝聚;還有我們熟悉的激光的理論工作也歸功於他。
第四篇的論文名字很樸素,叫《論運動物體的電動力學》。然而稍通物理學史的人都知道這是壹篇驚世駭俗的文章,它宣布了狹義相對論的誕生。在這篇文章裏,愛因斯坦沒有賣弄令人目眩的數學技巧,平實而又深刻是愛因斯坦論文的壹貫風格。讀懂它並不需要高深的數學知識,但更需要革命性的思想和與日常經驗決裂的勇氣,尤其是在當時。
愛因斯坦提出的假設很簡單,第壹,我們無法確定相對靜止的物體到底是處於靜止狀態還是勻速運動狀態。因為絕對靜止的空間不存在了,壹切靜止都是相對的。第二,光在真空中的速度永遠不變而且不可超越,它與光源的速度無關。也即,對於站在地面上的人看, 的車上發出的光和即使以光速飛行的火箭(當然是不可能的)上發出的光的速度是壹樣的,均為 。
從這兩個假設出發首先得出的古怪結論是:所謂“同時”是相對的!假設我們站在地面上,壹架飛機從我們面前勻速飛過。在我們地面上的人看來,我們右邊的人揮起手的“同時”左邊的人彎下腰,而在飛機上的人則堅決不這樣認為,他們認為我們右邊的人先揮手,而左邊的人後彎腰。與此相反,在飛機上的人認定機頭處空中小姐不小心打破只碟子的“同時”機尾處的乘客點燃支香煙,而地面上的人異口同聲地說碟子先落在地上然後香煙才被點著。
荒謬嗎?我奉勸各位不要帶著秒表上飛機壹證真偽,因為“同時”事件在另壹群人眼中的時間差是千萬分之壹秒,妳可不具備那個反應能力。而這又是由於飛機的速度盡管達到幾百米每秒,比起光的速度, ,還是望塵莫及的。不過這樣也不錯,至少平時說“這兩件事同時發生”時不用再地加上諸如“在我們這群相對靜止的人看來”之類的復雜狀語了。
為了更好地解釋狹義相對論,愛因斯坦設計了壹個著名的思想實驗。所謂思想實驗,就是在地球上的實驗室無法實現的條件下作的假想實驗,因為跨入二十世紀以來,人們對通常狀態下的物質研究幾乎窮盡,動輒就研究絕對零度的低溫或者上億度的高溫,速度接近光速的運動或者萬萬分之壹米長度的空間。這對愛因斯坦這位思想大師來說輕車熟路,並很快成為他在學術上進攻或者防守的利器。
愛因斯坦這樣假設:”觀察者 站在鐵路邊上,在沿火車前進方向上有壹個點 ,在運動相反方向同樣距離上有壹點 ,某壹時刻 和 同時閃電,觀察者 自然認定這兩個點是同時閃光的,因為光的傳播速度不變,而他又恰好站在兩個閃光點的中心。”
“假定在閃電時,有壹列車從 點到 點方向運動。在兩道閃電的壹剎那,在火車內的觀察者 恰好在與地面觀察者 相對的位置上,但 正向閃光點 運行,而離開閃光點 ,自然他看到 點的閃光比 點的早,但他知道他是在運動中的,根據自己運動的速度,也很容易得出兩道光是同時發生的結論。”
但根據前面兩個基本假設,同樣可想,火車是靜止的,而地面正在向後運動。因此,火車上的觀測者 是相繼看到那些閃光的,因而他得出 點發光比 點早的結論。他又知道自己的位置是在兩個閃光的中間,由於他認為自己是靜止的,所以他不得不斷定他看到的頭壹個閃光比他看見的下壹個早。”
有趣的是地面上的觀測者 也不能不同意這個結論,他的確看見兩個閃光是同時發生的。但既然現在他是被假定運動著的。當他考慮到光速和他是在向發光的 點運動著這壹事實,也作出 點閃光比 點早的結論。
總之壹句話,對於閃電是否同時發生的問題,我們不能壹口咬定是或不是,而是要就選定的參考系來回答。
妳可能已經迷惑了,但再往下推導更會導致妳意想不到的結論。比如說“尺縮效應”和“鐘緩效應”,“質增效應”。
“尺縮效應”指在妳面前有把尺子,當它相對妳運動的時候,妳會發現它的長度縮短。
而“鐘緩效應”指在運動的參考系裏時鐘會變慢。比如,在地面上和飛機上各有壹人手那時鐘,這時飛機上壹只雞蛋落在機艙的地板上。從雞蛋脫手的那壹瞬間開始,機上和地上的人同時開始記時,到落地時止。結果是地面上的人測出的時間長壹些。換句話說,在地面靜止的人看來,處於運動狀態的物體時間變慢。其實“鐘緩效應”的道理很簡單:假如妳坐在壹個光速火箭中飛行,並且射出壹束激光,那麽在太空中靜止不動的人就應該看見光以兩倍光速飛行,而事實上光速在所有參照系中永遠保持恒定不變,即 ,所以根據 , 變大且 不變,則 變小,即時間變慢。
“質增效應”是指運動中的物體質量增加。譬如壹筐壹斤重的雞蛋,如果它飛得足夠快,我們在地面上靜止的人稱來重量會達到五斤。它飛得更快的話,會毫不猶豫地將地球上最大的磅秤壓歪。但它永遠也到不了光速,不光是雞蛋,任何有質量的物質的速度都絕對達不到光速。因為根據愛因斯坦的質能公式 (這將在後文提到),當物體運動的更快時,能量 增大,則質量 也增大。當壹個物體接近光速時,它的質量上升得越來越快,它需要越來越多的能量才能進壹步加速上去。事實上它永遠不可能達到光速,因為那時質量會變得無窮大,這就需要無窮大的能量才能做到。光也是壹種物質,它的速度之所以能臻極限,原因就是光本身靜止時是沒有質量的。當然,妳若據次推理出質量越小的物質跑得越快,顯然是荒謬的。正是這個原因,相對論限制任何正常的物體必須永遠以低於光速的速度運動,只有光或其他沒有質量的波才能以光速運動,這導致了光錐的最終產生。