第六十一回 天馬行空小職員發表高論 價值連城短論文裝備大軍
第六十一回
天馬行空小職員發表高論 價值連城短論文裝備大軍
——狹義相對論的創立
上回說到以太說雖經多方改良但已很難維持局麵，這時有人便乾脆提出一個全新的革命學說，此人就是愛因斯坦。
1905年，當物理學界正被天空出現的兩朵烏雲所困擾時，愛因斯坦還是瑞士伯爾尼專利局的一個三級小職員。他已經想清楚這個問題，提出了一個嶄新的“相對論”。
各位讀者，這相對論實在難懂，據說當時全世界隻有三個人能弄懂它。愛因斯坦成名之後許多人慕名去聽他的報告，但又常常聽不懂，後來愛因斯坦也摸著這些聽眾的心理，總是在報告的前半部分講些熱情洋溢的話，然後宣布：“現在休息，那些對下麵問題不感興趣的女士、先生們可以退場了。”愛因斯坦很羨慕卓別林的電影擁有眾多的知音。一次，他們見麵了，愛因斯坦說：“卓別林先生，您真偉大，您演的電影全世界人人都能看懂。”那位幽默大師立即說：“您也很偉大，您的相對論全世界幾乎沒有幾個人能夠弄懂。”相對論如此難懂，我們就隻好深理淺說，長話短敘，先簡單交代幾句再講愛因斯坦的故事。
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邁克爾遜實驗證明，無論順著還是逆著地球運動的方向光速都是一樣。愛因斯坦就緊緊抓住這一點把它固定下來，叫“光速不變原理”。就是說，光源無論是向我們跑來、離去或靜止，都不能改變光速。這是因為光源的運動造成光的頻率和波長的改變，它們互相補償，所以光速保持不變。這是愛因斯坦理論中基本的一條，有它為前提才能討論以後的問題。這好像很難懂，但我們用實際生活中的例子一比也就十分清楚了。比如你原地不動，對麵有人向你扔過一個皮球來。你能看見他的頭、臉、身、手和皮球，這當然是因為光從他身上反射到你的眼裡。如果按照經典的速度合成原理，球一出手後就有一個向你而來的速度，這時球反射到你眼中的速度是光速加球速，比球未出手前要快（多出一個球速）。但是這一“快”就糟了，你就會先看到正在空中的球，後看到拿在手裡的球。如果真是這樣，我們怎麼能看籃球比賽呢，生活中的一切動作豈不都要顛倒過來？所以無論光源如何動，光速總是不變的。經典理論的速度合成原理一碰到光速就不適用了。在天文觀察中也能說明這一點，有一種“雙星”是在軌道上互相繞著運行，就是說某星一會兒向地球飛來，一會兒又繞走了，離地球而去。如果按速度合成原理這麻煩就更多了，這星會以光速加星速、光速減星速（星速對地球來說又在不斷變）等不同速度接連送到我們眼裡，我們看到的就不再是一顆星，而是一大堆星的幻影了。可是這種現象從沒有發生，否則本來就夠紛亂的星空就更是一鍋粥了。當然，愛因斯坦還有許多具體的證明，我們這裡不過是盡量從淺處說明罷了。
既然承認光速不變，我們就有了一個標準尺度，用這個尺度來量時間，這下可發現了一個大問題——原來時間卻沒有一個固定標準，它是相對的，可變的。這就碰到了牛頓經典物理學最要害的地方。牛頓認為時間和空間都是絕對的，自從上帝將它創造好後就在那裡安安靜靜地存在，獨立地存在，與外界任何事物無關。現在愛因斯坦說：“不，在兩個做勻速直線運動的參照係中，一切自然規律都是相對的”。在這個參照係裡觀察是靜止的，在那個參照係觀察就可能是運動的，不單力學實驗，連光學實驗，任何實驗也測不出絕對運動和絕對時間。因為我們用眼睛看錶，看到的是表發來的光信號，而光的傳播需要時間，我們所處的位置不同，看到的時間表麵上相同，實際已經不同了。從月球到地球，光約走1.25秒，地球上紅光一閃，一顆炸彈爆炸，在月球上的宇航員和地球上的人都“同時”看到了這一閃，可是實際上月球上的宇航員比地球上的人要晚看到1.25秒。我們平時總覺得同時，那是因為光速太快，這種誤差根本覺不出來。所以愛因斯坦在給人講相對論時常先在黑闆上畫一條白線，幽默地說：“請你們想象這是宇宙中的一條線，在這條線的每一個點上都掛著一塊表。”他講到高興時常常過了點，便問前排的人現在幾點，然後抱歉地說：“對不起，我給宇宙裡的每一處都掛上一塊表，可是沒有能給自己口袋裡掛一塊表。”
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