大家都知道的故事是這樣的:
在鐵路的路基上,雷電同時(shí)擊中了相隔很遠(yuǎn)的A點(diǎn)和B點(diǎn),如果我問(wèn)你,這句話有沒(méi)有意義時(shí),你一定會(huì)不假思索地回答我說(shuō)“有”。但是如果我讓你解釋一下這句話的準(zhǔn)確意義時(shí),你在經(jīng)過(guò)一番思考后會(huì)發(fā)現(xiàn)這個(gè)問(wèn)題貌似不像原來(lái)想象的那么容易回答。你很可能會(huì)這么回答我:“這句話的意思本來(lái)就很清楚,沒(méi)有必要加以解釋。”但這么回答,顯然是無(wú)法讓我感到滿意的。那么我們這么想,如果有一個(gè)氣象學(xué)家宣稱他發(fā)現(xiàn)某種閃電總是能同時(shí)擊中A點(diǎn)和B點(diǎn),這時(shí)候總要提出一種實(shí)驗(yàn)的方法來(lái)驗(yàn)證他所說(shuō)的對(duì)不對(duì)吧?對(duì)于嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奈锢韺W(xué)家來(lái)說(shuō),首先要給出一個(gè)同時(shí)性的定義,然后還得有實(shí)驗(yàn)方法能驗(yàn)證該定義是否能被滿足,如果這兩個(gè)條件沒(méi)有達(dá)成的話,那么那個(gè)氣象學(xué)家就是在自欺欺人了。好了,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的思考后,你提出了一個(gè)檢驗(yàn)同時(shí)性的方法,你說(shuō)請(qǐng)把我放到鐵路上A,B兩點(diǎn)正中間的位置,然后通過(guò)一套鏡子的組合能讓我同時(shí)看到A,B兩個(gè)點(diǎn),如果閃電發(fā)生的時(shí)候,我能在同一時(shí)刻感覺(jué)到閃光,那么這兩道閃電必定是同時(shí)擊中了A,B兩點(diǎn),于是你提出同時(shí)性的定義就是一個(gè)人能在同一時(shí)刻感受到閃電的閃光。我很高興你能提出這個(gè)定義,當(dāng)然這個(gè)定義的前提還得加上你在A,B兩點(diǎn)的中點(diǎn)上。
好了,接下去我們考察一下這種情況:有一列火車在路基上開(kāi)動(dòng)著,此時(shí),突然有兩束閃電擊中A,B兩點(diǎn)?,F(xiàn)在,你在A,B兩點(diǎn)的中間同時(shí)看到了閃光,所以,你會(huì)毫不猶豫地認(rèn)為這兩束閃電是同時(shí)發(fā)生的。但是,如果在閃電發(fā)生的那個(gè)瞬間,在A,B的中點(diǎn)的火車上也有一個(gè)人,火車一直在朝著B(niǎo)點(diǎn)方向運(yùn)動(dòng),因?yàn)楣馑偈呛愣ú蛔兊?,所以你站在地面上,?huì)認(rèn)為B點(diǎn)的閃光比A點(diǎn)的閃光先到達(dá)這個(gè)人的眼里。于是就出現(xiàn)了這樣一種奇怪的結(jié)論:你認(rèn)為這束閃電以路基為參考系時(shí)是同時(shí)發(fā)生的,但是以火車為參考系時(shí),對(duì)于火車上那個(gè)人來(lái)說(shuō)卻是先后發(fā)生的。
這是怎么回事呢?這說(shuō)明了同時(shí)性也是相對(duì)的,當(dāng)以路基為參考系時(shí)是同時(shí)發(fā)生的事情,但換成了以火車為參考系時(shí),卻不是同時(shí)發(fā)生的了,反過(guò)來(lái)也是如此。每一個(gè)參考系都有自己的特殊時(shí)間,如果不指明參考系,宣稱一件事情同時(shí)發(fā)生是沒(méi)有任何意義的。這乍聽(tīng)起來(lái)似乎很荒謬,在我之前的物理學(xué)家一直都在給時(shí)間賦予絕對(duì)的意義,而我認(rèn)為這種絕對(duì)的意義與我們前面講的那個(gè)最自然的同時(shí)性定義并不相容,如果我們能坦然地拋棄我們對(duì)時(shí)間的絕對(duì)化的概念,則真空中光速恒定不變就會(huì)變得可以理解和接受。
不知道各位讀者是否聽(tīng)明白了愛(ài)因斯坦關(guān)于閃電擊中鐵軌的這個(gè)故事,不管你現(xiàn)在是不是如墜云里霧里,一會(huì)兒在想那個(gè)環(huán)球快車,一會(huì)兒又在思考這個(gè)閃電的問(wèn)題,總之愛(ài)因斯坦是在告訴我們這樣的一個(gè)概念:只要當(dāng)你拋棄絕對(duì)時(shí)間這個(gè)概念之后,一切都會(huì)變得很好理解?;蛟S你已經(jīng)對(duì)火車感到厭煩了,但請(qǐng)?jiān)徫覀兊膼?ài)因斯坦先生,在他那個(gè)時(shí)代火車已經(jīng)是地球上跑得最快的東西了。我們這就舉一個(gè)現(xiàn)代點(diǎn)的例子讓你試圖拋棄根深蒂固的絕對(duì)時(shí)間的想法。
比如說(shuō),你坐著一艘飛船以接近光速的速度向宇宙深處飛去,在出發(fā)的時(shí)候地面上有一束光跟你同時(shí)出發(fā)。此時(shí),在地面上觀看飛船發(fā)射的親人會(huì)看到,你和那束光齊頭并進(jìn),幾乎不分前后地朝著宇宙深處進(jìn)發(fā)。而視角切換到你身上,你會(huì)看到什么呢?你依然會(huì)看到身邊這束和你同時(shí)發(fā)出的光瞬間就遠(yuǎn)離你而去,遠(yuǎn)離你的速度仍然是光速C。如果你對(duì)這幅景象仍然百思不得其解的話,那說(shuō)明,時(shí)間的絕對(duì)化概念在你的腦子中仍然根深蒂固,牢牢占據(jù)著你的思維常識(shí),你剛剛覺(jué)得自己有所理解了,可想著想著又想不通了,因?yàn)榻^對(duì)時(shí)間的概念又再次回到了你的腦袋中。就像前面這個(gè)例子,如果你能意識(shí)到你在飛船上感受的時(shí)間和你在地面上的親人感受的時(shí)間是不同的,你的一秒鐘相當(dāng)于他們的一小時(shí),你就不難理解為什么你仍然看到那束光瞬間遠(yuǎn)離你而去,因?yàn)槟闼杏X(jué)到的快,就是在1秒鐘內(nèi),那束光就跑得很遠(yuǎn)很遠(yuǎn)了,這就叫快,而對(duì)于地面上的人來(lái)說(shuō),他們看到那束光用了1個(gè)小時(shí)才拉開(kāi)和你的距離。我知道,即便是我這樣說(shuō),依然仍然很難打消你對(duì)時(shí)間的絕對(duì)化概念,下面我將繼續(xù)用一個(gè)直觀的思維實(shí)驗(yàn)來(lái)幫助你理解時(shí)間是相對(duì)的概念,并且我們將從這個(gè)思維實(shí)驗(yàn)中親手推導(dǎo)出流芳千古的“相對(duì)論因子”,準(zhǔn)備好了嗎?這就開(kāi)始我們的頭腦風(fēng)暴。