大家都知道的故事是這樣的:
在鐵路的路基上,雷電同時擊中了相隔很遠(yuǎn)的A點和B點,如果我問你,這句話有沒有意義時,你一定會不假思索地回答我說“有”。但是如果我讓你解釋一下這句話的準(zhǔn)確意義時,你在經(jīng)過一番思考后會發(fā)現(xiàn)這個問題貌似不像原來想象的那么容易回答。你很可能會這么回答我:“這句話的意思本來就很清楚,沒有必要加以解釋?!钡@么回答,顯然是無法讓我感到滿意的。那么我們這么想,如果有一個氣象學(xué)家宣稱他發(fā)現(xiàn)某種閃電總是能同時擊中A點和B點,這時候總要提出一種實驗的方法來驗證他所說的對不對吧?對于嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奈锢韺W(xué)家來說,首先要給出一個同時性的定義,然后還得有實驗方法能驗證該定義是否能被滿足,如果這兩個條件沒有達(dá)成的話,那么那個氣象學(xué)家就是在自欺欺人了。好了,經(jīng)過一段時間的思考后,你提出了一個檢驗同時性的方法,你說請把我放到鐵路上A,B兩點正中間的位置,然后通過一套鏡子的組合能讓我同時看到A,B兩個點,如果閃電發(fā)生的時候,我能在同一時刻感覺到閃光,那么這兩道閃電必定是同時擊中了A,B兩點,于是你提出同時性的定義就是一個人能在同一時刻感受到閃電的閃光。我很高興你能提出這個定義,當(dāng)然這個定義的前提還得加上你在A,B兩點的中點上。
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動著,此時,突然有兩束閃電擊中A,B兩點?,F(xiàn)在,你在A,B兩點的中間同時看到了閃光,所以,你會毫不猶豫地認(rèn)為這兩束閃電是同時發(fā)生的。但是,如果在閃電發(fā)生的那個瞬間,在A,B的中點的火車上也有一個人,火車一直在朝著B點方向運(yùn)動,因為光速是恒定不變的,所以你站在地面上,會認(rèn)為B點的閃光比A點的閃光先到達(dá)這個人的眼里。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是同時發(fā)生的,但是以火車為參考系時,對于火車上那個人來說卻是先后發(fā)生的。
這是怎么回事呢?這說明了同時性也是相對的,當(dāng)以路基為參考系時是同時發(fā)生的事情,但換成了以火車為參考系時,卻不是同時發(fā)生的了,反過來也是如此。每一個參考系都有自己的特殊時間,如果不指明參考系,宣稱一件事情同時發(fā)生是沒有任何意義的。這乍聽起來似乎很荒謬,在我之前的物理學(xué)家一直都在給時間賦予絕對的意義,而我認(rèn)為這種絕對的意義與我們前面講的那個最自然的同時性定義并不相容,如果我們能坦然地拋棄我們對時間的絕對化的概念,則真空中光速恒定不變就會變得可以理解和接受。
不知道各位讀者是否聽明白了愛因斯坦關(guān)于閃電擊中鐵軌的這個故事,不管你現(xiàn)在是不是如墜云里霧里,一會兒在想那個環(huán)球快車,一會兒又在思考這個閃電的問題,總之愛因斯坦是在告訴我們這樣的一個概念:只要當(dāng)你拋棄絕對時間這個概念之后,一切都會變得很好理解?;蛟S你已經(jīng)對火車感到厭煩了,但請原諒我們的愛因斯坦先生,在他那個時代火車已經(jīng)是地球上跑得最快的東西了。我們這就舉一個現(xiàn)代點的例子讓你試圖拋棄根深蒂固的絕對時間的想法。
比如說,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)的時候地面上有一束光跟你同時出發(fā)。此時,在地面上觀看飛船發(fā)射的親人會看到,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,你會看到什么呢?你依然會看到身邊這束和你同時發(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。如果你對這幅景象仍然百思不得其解的話,那說明,時間的絕對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,你剛剛覺得自己有所理解了,可想著想著又想不通了,因為絕對時間的概念又再次回到了你的腦袋中。就像前面這個例子,如果你能意識到你在飛船上感受的時間和你在地面上的親人感受的時間是不同的,你的一秒鐘相當(dāng)于他們的一小時,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,因為你所感覺到的快,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,而對于地面上的人來說,他們看到那束光用了1個小時才拉開和你的距離。我知道,即便是我這樣說,依然仍然很難打消你對時間的絕對化概念,下面我將繼續(xù)用一個直觀的思維實驗來幫助你理解時間是相對的概念,并且我們將從這個思維實驗中親手推導(dǎo)出流芳千古的“相對論因子”,準(zhǔn)備好了嗎?這就開始我們的頭腦風(fēng)暴。