132相对论演说11.1 第(3/5)分页

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的读数就是参照系k的时间:

    “我们现在将假定,光在真空中从某点A到某点B的传播速度和从B到A的传播速度相同。借助于这一假定,我们就确实有条件来调整我们已经安放在各点上的相对于系k为静止的一些全同构造的钟了。

    例如,我们可以把A、B二点上钟拨得可以得出下列结果:如果在时刻t(用A点的钟测量)从A射向B的一条光线必将在时刻t+a(用B点的钟测量)到达B,则反过来,在时刻t(用B点的钟测量)从B射向A的一条光线必将在时刻:t+a(用A点的钟测量)到达A。这就是调整分布在系中的一切时钟所必须遵守的规则。

    如果我们遵循这条规则,我们就将从测量物理学的立场得到时间的一种定义。这就是说,一个事件的时间,就是位于事件所在处的已按我们刚刚描述了的规则调整好的那个时钟上的读数。”

    时间的诡异之处就在于另一个惯性系k′的时间未必等于参照系k的时间,即参照系时间和参照系的运动状态有关:

    “当然,我们也可以完成完全相同的操作,如果我们有相对于k而匀速运动着的另一个系k′的话。我们可以相对于这个坐标系k′在整个空间中分布上一组时钟,但是必须使它们全都和k′一起运动。然后我们就可以精确地按照以上描述了的规则来调整这些相对于k′为静止的时钟。如果我们这样做,我们同样就得相对于系k′的时间。

    但是这不能先验地说明,当两个事件相对于参照系k(我所说的参照系是指坐标系以及那些时钟)为同时时,它们就像一般所理解的那样相对于系k′也为同时。这里并不是说时间有一种绝对的,即不依赖于参照系运动状态的意义。那是包含在我们的运动学中的一种随意性。”

    运动学中另一种随意性则是空间的绝对性,爱因斯坦以棒的长度来说明,一种测试棒长的方法为带着尺子的、与棒同速度的人直接测量,即为测量静止物体的长度:

    “现在我们再看第二个因素,那迄今为止也是运动学中的一种随意性。我们谈到一个物体的形状,例如一根棒的长度,并且相信我们确切地知道棒的长度是什么,即使当它相对于我们据以描述它的那个参照系而运动时也是如此。

    然而稍微回想一下就会明白,这些概念根本不像我们本能地相信的那样简单。试考虑沿其轴线相对于参照系k而运动的一根棒。我们问:这根棒的长度是什么?

    这个问题只可能有如下的意义:为了知道棒长是什么,我们必须完成什么样的实验?

    我们可以找一个带着尺子的人并把他推一下,使他和棒得到相同的速度;在这种情况下,他就相对于棒为静止,从而就能一次次地把尺子比在棒上,就像通常测量静止物体的长时那样。他将得到一个完全确定的数字,而且可以在一定程度上有理由宣称他已经测量了这根棒的长度。”

    另一种测试棒长的方法为通过校正好的时钟同一时间测定棒两端的空间坐标再相减得出棒长:

    “然而,如果只能找到并不和棒一起运动而却全都相对于参照系为静止的观察者,我们就可以按下述方式来进行:

    我们设想把许许多多的时钟分布在沿轴运动的棒的路径上,每一个钟旁都站着一个观察者。这些钟是按照以上所述的规则而借助于光信号调整好了的,从而它们的全体就指示着附属于参照系k的时间。

    这些观察者相对于系k测定两个位置,那就是棒的前后两端在一个给定的时刻t所达到的那两个位置;或者,这也等于说,确定那样两个钟,当它们所指示的时刻为t时,棒的前后两端正好从它们旁边经过。然后,这样得到的两个位置(或两个钟)之间的距离,就通过把一个相对于参照系k为静止的尺子沿着连线一次次地比过去而测量出来。”

    空间的绝对性即是默认上述两种检测手法给出的棒长一样,而实际上他们却是不一样的:

    “这两次手续的结果就有理由被看成运动棒的长度。然而必须指出,这两种作法并不一定导致相同的结果,或者换句话说,一个物体的线度不一定和据以测量各该线度的那一参照系的运动状态无关。”

    以牛顿力学为基础的经典物理学对于不同惯性系之间空间和时间坐标的变换就是以上述两种运动学的随意性假设——绝对时间和绝对空间——为根基的,放弃他们的话,则经典物理学对不同惯性系之间空间和时间坐标的变换就无能为力了:

    “如果我们不承认这两条随意性的假设,则我们首先将不再能够解决下述问题:已知一个事件相对于系k的坐标x、y、z和时间t,求同一事件相对于另一系k′的空间-时间坐标x′、y′、z′、t′,而系k′是相对于系k作着已知的匀速平移运动的。

    经发现,这个问题的习见的简单解,是建筑在我们刚才已经确定其为随意性的那两条假设上的。”

    而解决上述矛盾的过程则产生了狭义相对论,其以相对性原理和光速不变原