經(jīng)過了漫長的前面兩章的閱讀,我們終于要開始真正進(jìn)入到相對(duì)論的世界了,如果說相對(duì)論是隱藏在山谷中的桃花源的話,那么正是“光”引導(dǎo)著懵懂的人類撥開草叢,沿著蜿蜒的小溪進(jìn)入一個(gè)幽暗的洞穴,穿出洞穴,然后一切豁然開朗,桃花源就在眼前。
說相對(duì)論就必須要談?wù)勅祟悓?duì)光的傳播速度的探索歷程,你必須再耐著性子,壓著對(duì)相對(duì)論到底是什么的強(qiáng)烈好奇,和我一起回顧一下人類和自然界中最普通也最神秘的光的故事(不是羅大佑的光陰的故事,而是光的故事),注意,這絕對(duì)不是廢話,“光”是本書最重要的主角之一。
伽利略吹響沖鋒號(hào)
在人類漫長的歷史中,曾經(jīng)大家一度認(rèn)為光線的傳播是不需要任何時(shí)間的,也就是光的傳播速度無限大。這非常符合我們的常識(shí),你在漆黑的房間里面劃亮一根火柴,火柴的亮光發(fā)出的那一剎那,整個(gè)房間就被照亮了,誰也沒有看到過自己的手先亮起來,然后是自己的腳再亮起來,再看到房間的墻壁慢慢從黑暗中顯現(xiàn)出來。當(dāng)太陽從山后升起來的那一剎那,地面上所有的東西都同時(shí)披上了金色的外衣,誰也沒有看到過陽光像箭一樣朝我們射過來。
但是,在今天,連小學(xué)生都知道,之所以我們無法感覺到光的傳播速度,不是因?yàn)楣獾膫鞑ゲ恍枰獣r(shí)間,而是光傳播的速度竟然達(dá)到驚人的30萬公里/秒。這是一個(gè)多么快的速度啊,如果用這個(gè)速度跑步,一秒鐘可以繞地球7圈半。如果用這個(gè)速度從地球跑去月球,1秒鐘多一點(diǎn)就到了,而目前人類最快的飛行器阿波羅登月飛船要飛4天。你可能很好奇,這么快的速度,到底是怎么測量出來的?這正是本章要講述的故事——測量光速。但是所有參與這個(gè)故事的人都只猜到了開始,卻沒有猜到結(jié)局,人類對(duì)光速的測量本是一個(gè)普普通通的物理實(shí)驗(yàn)行為,沒想到最后卻給整個(gè)經(jīng)典物理學(xué)說籠罩上了一層烏云。
第一個(gè)對(duì)光速無限大提出質(zhì)疑的人就是我們的老熟人伽利略先生。伽利略從哲學(xué)的角度思考,認(rèn)為物質(zhì)從一個(gè)地方到達(dá)另一個(gè)地方不需要時(shí)間是一件無論如何都無法想象的事情,上帝既然創(chuàng)造了空間,那么就不應(yīng)該再創(chuàng)造出可以無視空間存在的東西。伽利略畢竟是伽利略,他不僅僅是停留在對(duì)光速無限大提出質(zhì)疑的層面上,而且開始著手用實(shí)驗(yàn)來測量光速。
我們來看看伽利略是怎么做的。伽利略一行四人,分成兩組,分別登上兩座相隔甚遠(yuǎn)的山峰,每組各自攜帶一個(gè)光源。很不幸的是,那個(gè)時(shí)代能夠讓伽利略他們挑選的光源只有兩樣:火把和煤油燈。伽利略他們只好帶上兩盞自己改良后的煤油燈,其實(shí)只是做了一個(gè)簡單的改進(jìn),就是在煤油燈的一面加上了一個(gè)滑蓋,這樣亮光就被擋住了。如果把滑蓋迅速地拉起,亮光就會(huì)照射出來,通過快速地拉動(dòng)滑蓋就能制造出從遠(yuǎn)處看來煤油燈一閃一閃的效果。除了兩盞煤油燈外,還需要兩只一模一樣的鐘擺計(jì)時(shí)裝置(這種裝置也是伽利略發(fā)明的,利用鐘擺的等時(shí)性原理制成,是擺鐘的前身),以及記錄數(shù)據(jù)的紙筆。好了,這就是伽利略他們?nèi)康难b備。各位如果你們現(xiàn)在來到山頂,拿著這些裝備,得到的任務(wù)是測量光速,你會(huì)怎么辦?你是不是會(huì)一籌莫展呢?且看我們的大科學(xué)家伽利略是怎么做的吧。