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第二章解开相对论之迷

一、什么是同时性
在经典物理学之中,人们对同时性采取了公认的态度。显然,最好
找到一种实验方法,通过它来判断出发生在自然界里不同地方的各个事
件,那些是同时刻出现,而不同时刻出现的各个事件之间又是怎样的顺
序。一种合理的设想是在空间每个位置都有一个点光源,每隔一个固定
变的时间间隔发出一个短暂的光波,人们可以在与坐标原点保持静止的
何位置接受到从空间某处每隔一个固定不变的时间间隔δ发来的短暂光
波。记下每次接受到短暂光波信号的开头时刻,如果相邻两次时刻之差
持不变并等于δ,人们就可以判定放在点光源位置处的钟与接受位置处的
钟是完全相同的时刻变化规律。按照这种测试方式,人们可以推导出放
空间任何位置处于静止状态的钟都是完全相同的时刻变化规律。由于绕
空间某个静止点做园周运动的质点每隔一个固定不变的时间间隔δ发出一
次短暂的光波,人们在其圆心位置的静止点上接受到的光波时间间隔都
于δ,因而可以判定出放在做园周运动的质点上的钟与放在其圆心静止点
上的钟是完全相同的时刻变化规律。人们可以设想所有的钟都是在空间
一个位置制造出来的,在各方面都是完全一样的"标准钟"。在对好零位
刻后,分别将它们以不同的半径做圆周运动移动到空间各个位置处并使
处于静止状态之中。按照此种移动方式摆放在空间任何位置处于静止状
的钟上所显示出来的相同数值,也就是相同的时刻。当空间任意两个静
位置发生事件时,放在这两个位置处的"标准钟"上正好显示为相同的时
数值,在这两个不同位置发生的事件就被判定为同时发生的事件。如果
在这两个位置处的"标准钟"所显示的时刻数值不相同,人们就可以根
据"标准钟"显示出来的具体数值,判断出它们之间的先后发生秩序。
不言而喻,自然界里同时发生的各个事件是由自然界本身所决定,
不以人们的主观意志为转移。所谓的"同时性",其实就是可以一起呈现
物理意义。任何物体都要占具一定的空间,也就是要由若干体积并不为
0,但其大小可以忽略的质点来构成。只有当构成一个物体的所有质点都
ebook: 2009-4-4
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能够一起呈现出来之时,它才是完整的呈现状况。如果构成一个物体的
有质点不能够一起呈现出来,人们就必须通过一段时间的观察综合,才
够对它做出完整的叙述。这里,我们不讨论由于被隐藏而不能观察到的
况,凡在同一个时刻存在的质点,就是一起呈现出来的事物。
在一个参照系中呈现出来的某个物体如果只有一个存在时刻,按照
对论给出的时刻变换关系,在与前一个参照系具有相对运动的参照系中
该物体将只能以厚度为零的断面扫描过程呈现出来。由于任何物体在自
世界中的呈现都要经历一段时间,即便假设相对论给出的时刻变换关系
正确的自然规律,任何物体都不会是仅以厚度为零的一个断面扫描过程
现出来。在经典物理学之中,物体在自然世界中的呈现时刻在任何参照
中都完全相同,呈现时刻不受人为给定的参照系所影响。
爱因斯坦建立的相对论并没有改变人们已经理解的同时性概念,但
却没有把同时性的物理意义说明清楚。爱因斯坦提出用光波或电磁