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物理世界的本质 收缩的结果
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虽然尚未完全引导大家转到相对论，然而单是这个结果，也应使大家对于古典物理学感觉不安了。当物理学家打算测量一个长度时——如果不测量这个长度，他的实验就不能更进一步：他取一把测量尺，并把它转到需要的方向。在他这样做的时候，虽然用了各种预防方法，测量尺的长度都会改变——这样的事从未发生；但是除非地球偶然静止，变化就必定发生。测量尺恒定是一个基石，物理学的全部都是建立在这一基石之上的，然而那个基石已经破碎了。大家可以想象，这种假定对物理学家的背叛还不是多么严重，长度变化不会很厉害，或者他们也应注意到。让我们拭目以待。
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让我们考察某些菲茨杰拉德收缩的结果。首先来看一个幻想的例子，想象你们是在一个快速运动的星球上，例如运动速度为每秒16.1万英里的星球上。该速度下收缩达到二分之一。任何固体，当其从横过运动的方向转到运动方向时，都收缩其原长度的一半。两城间的地面旅行，在正午是100英里，到了下午6点钟当星球回转一个直角时，就缩短成了50英里。其居民恰似奇境中的爱丽丝，城市间的距离伸缩有如一架望远镜。
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我不知道每秒运行16.1万英里的星球，但是我能指出空间中离我们很远每秒运行1000英里的螺旋状的星云。星云可能包括一个星球，而且（说得不太专业）如果我把一些智慧生物安置其上，希望我的话没有太过冒犯。每秒钟1000英里速度下的收缩对日常事务而言无足挂齿，但对科学测量或者工程精度而言，这一收缩就必须考虑了。物理学上最基本的一个做法就是用可在任何方向运动的尺子来测量长度。想象一下这颗星球上的物理学家，当他们知道他们假定测量尺长度恒定是一个错误时，他们将会怎样得错愕！回看曾经做过的一切实验，采用不同时刻下测量尺的方位加以修正，然后重新考察根据修正过的数据所导出的物理学定律的推论和体系，将是一件何等艰难的事！我们自己的物理学家们应该感谢的是，他们不是身处在那个奔驰的星云上，而是处在如同地球一样的一个徐徐运动的星球上面！
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但请稍待，我们确定自己处在一徐徐运动的星球吗？我能够想象那星云上的天文学家们，他们正观察着遥远空间一个意义不大的星球，这个星球伴随着一个也没有多大意义的名为“地球”的星球，他们观察到地球也是以1000英里/秒的巨大速度运动着。这是因为，如果我们看到他们以1000英里/秒的速度远离我们，于他们而言，我们也是以1000英里/秒的速度远离他们。那个星云上的物理学家惊讶道：“每秒钟1000英里！地球上的可怜的物理学家是多么不幸呵！菲茨杰拉德收缩要全面考虑的，他们所有尺子的测量都是非常错误的。假使他们忽视了这一修正的话，那他们要推论出怎样奇异的自然规律的体系！”
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没有办法来判断孰是孰非——我们双方所观察到的1000英里/秒的相对速度到底该归属何方。在天文学上说来，地球是其一员的银河看来并不比星云更为重要、更位居中心，我们更为接近静止状态的假定并没有什么严肃的根据，不过是自我夸耀而已。
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“但是，”你们要说，“如果这些长度有意义的变化在地球上出现的话，应该能用我们的测量探测到的。”这使我找到兴奋点了。我们不能够用任何测量手段探测到它们，它们的出现乃至消逝都是完全留意不到的，让我尝试说明这是如何发生的。
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我们可以说这间屋子是以每秒161000英里的速度垂直向上运动，那是我的说法，你们可以证明那是错误的。我把手臂从水平方向转到垂直方向，那它的长度就缩短为原来的一半了。你们不相信我吧？那么拿一把码尺来测量吧。开始时沿地平线，测量的结果是30英寸，现在在垂直方向测量，结果是15英寸。你们不得不承认，当码尺转向垂直方向时，比例尺的1英寸缩短成半英寸的事实。
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“但是我们能够看见，你的手臂并未变短，我们还能相信自己的眼睛吗？”
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当然不能，除非你们记得早晨起来时，你的视网膜把它在垂直方向时的原本的大小缩短到一半的事情，你们才不能相信你们的眼睛，结果就是现在你们把垂直距离放大到水平距离的两倍。
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你们反问：“很好，我就不起床了。我就躺在床上，看着你在一座倾斜的镜子里面你做的动作好了，那么我的视网膜是完全正确的，但我知道还是看不见收缩。”
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但一个运动着的镜子是不能给一个正在发生的事物不扭曲的映像的，光的反射角由于镜子的运动而改变，正如棒球的反射角，如果垫子在运动，也要被改变一样。假使你们依据光学的通常规律，求出以每秒钟16.1万英里速度运动的一面镜子的效果，你将发现它引出一个恰如把我的手臂收缩隐藏一样的扭曲。
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所设计的每一个试验结果都相同，你们不能够反驳我的说法，当然，我也不能证明它。同样地，我也可以选择和申辩任何其他的速度。乍看起来这好像与我先前告诉你们的——即迈克尔逊·莫雷和其他的实验曾经证明和测量过的收缩相冲突，但确实没有什么矛盾。它们都是一些徒然无益的实验，正如你在一面倾斜的镜子里面，看我的手臂的实验是一个徒然无用的实验一样。对地球运动的某些光学或者电学结果的寻求，如同运动的镜子所产生的映像扭曲一样，除非收缩发生了、恰巧补足正确的收缩量时，才能观察到这些扭曲，而并未被观察到这些扭曲，因此收缩补足确实发生了，二者必居其一，地球在空间中运行的速度可能碰巧为零。间隔6个月后又重复进行了实验，因为地球的运动在这两种情形下不可能都是零，所以这种可能性被排除了，由此说明收缩存在，也证实了收缩对速度的依存规律。但是由于地球的真实速度（与太阳有关的轨道速度不同的速度）未知，因此在任一情形下，实际的收缩量也是未知的。它之所以依然未知，是因为我们希望用来测量收缩的光学和电学的影响往往为收缩所补足的缘故。
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我说过，测量尺不变性是一个基石，在这基石上面建筑着物理学的所有建筑物，建筑物也需要辅助的支撑，因为光学和电学设备常常用来代替确定长度和距离的实际的尺子。但我们发现所有这些都是互相关联而不是彼此分离的，所以基石崩塌了，同时所有其他的支撑也就坍塌了。
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物理世界的本质 空间的结构
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我们现在回到星云物理学家和我们的物理学家之间的争论，我们中的一方以非常大的速度运动，有关的科学测量由于测量尺的收缩而受到严重的影响，因此双方都想当然地认为另外一方在犯错误。我们不能求助实验以求解决争论，原因在于每一次实验中以上的错误又引出恰恰互相补偿的两个错误来。
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这是一种奇异的错误，常常同它自己一道携带着对自己的补偿。但是要记住，补偿仅适用于实际所观察到的，或者有可能观察到的现象。补偿并不适用于我们演绎的中间部分——由观察而来的推理体系，这些观察构成了宇宙的静电物理理论。
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假设我们和星云上的物理学家来考察世界，那即是说我们把周围的物体在空间中分配各自的位置。其中一方如星云上的物理学家，具有大的运动速度，他们的码尺将会收缩。当他们沿特定方向测量距离时，码尺将缩短，变成不到一码，结果，他们计算那个方向上的距离时就会特别大。无论他们用码尺也好，用经纬仪也好，或者凭目视来断定距离也好，均是如此。所有的测量方法都必须一致，如果运动引起任何差异，我们便能够通过观察差异的大小来决定运动。但是，正如我们先前看见的，理论和观察两方面都表明存在完全的补偿。如果星云物理学家想构造一个正方形，那他们便要造出一个长方形，还没有实验启示他们那不是正方形。他们能够达到的最大的进步是，承认在另外一个世界里有些这样的人：把那是一个长方形的观念放进他们的脑子里。他们可能有足够宽广的心胸承认，尽管这个见解似乎很荒谬，但实际上与他们自己的见解一样是能够分辨清楚的。显然，他们的空间全部概念与我们的比较起来是扭曲的，而我们的空间全部概念与他们的比较起来也是扭曲的。我们所关注的是同一宇宙，但放在不同的空间里。有关他们或者我们以1000英里/秒的速度运动这一个原来的争论，却在我们中间挖下一道深深的鸿沟，乃至我们都不能够使用同一个空间。
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时间和空间字眼传达出不止一种意义，空间是一个空虚的真无，或者它是如此如此的许多英寸、英亩[3]和品脱。时间是一道永不停息的河流，或者它是无线电传送给我们的某些东西。模糊概念对物理学家毫无用处，他却又常常用这些概念，殊为可惜！但他不能真正利用它们，因此他一说到空间时，往往是他心目中的英寸或品脱。就这个观点而言，我们的空间和星云物理学家的空间是不同的——如同计算英寸和品脱上的不同。为了避免可能的误解，或许说我们有不同的空间体系——不同的体系我指的是物体的位置，要好得多。然而，不要把空间体系当成有意人为的某种东西。在我们最初感觉到空间时，空间体系就进入了我们的心里。来考察一个例子，当菲茨杰拉德收缩达到一半时的极端的情形。如果一个人把一个2英寸的长方形看作正方形，很显然，空间一定以某种与我们所理解的完全不同的方式开启了他的智慧之门。
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一个观察者所使用的空间体系仅依赖于他的运动，对具有相同速度（即相对速度为零）的不同星球上的观察者，关于宇宙中物体的位置是一致的，但对具有不同速度的星球上的观察者，则有位置不同的体系。你们可能要问，如何确信这些想象的人类解释他们的观察的方法？如果这种反驳是强迫性的话，我本人就不再申辩了。但是那些不喜欢我所想象出的人，必须面对与这种争论有关数学符号的问题。我们的目的，是以便于理解的形式来表述一些结果，这些结果既有地面试验，也有关于运动对电学、光学及测量现象影响的计算结果。在这个主题上已开展了大量仔细的研究，所以科学已达到了阐明以高速运动的仪器测量所得结果的高度，不管是工业仪器抑或例如人类的视网膜。只在一个方面，我把星云观察者不单单看作一件记录仪器。我假定他也具有人性的共同缺陷，即，他想当然地认为上帝创造宇宙时，首先把他的星球放在心里。因此他（恐怕我的读者也是一样），不愿意严肃地考虑那些被误导的、以相对于他的教区1000英里/秒的速度移动的人，有关位置的观点。
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一个非常谦逊的观察者，可能采用他自己星球以外的其他星球作为静止的标准，于是，由于他自身相对于静止系的运动，他就不得不对他所有的测量进行菲茨杰拉德收缩修正。而修正过的测量结果将属于标准星球的空间体系，原来的测量结果则属于他自己星球的空间体系。他被逼迫得更是进退两难了，因为没有什么能够引导他选择作为静止标准的星球。如果他一旦舍弃了他自己的体系是唯一一个正确的体系这个朴素的假设，那么一个疑问随之而来：无数其他的体系中哪一个是正确的呢？没有答复，而且在我们所知的范围内，要给出解答是完全不可能的。同时，他的一切实验测定，由于所要采用的修正依赖于这个答复，也都悬而未决，恐怕我们谦逊的观察者宁愿被那些不太谦让的同行落在后面。
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我们所遇到的难题，并不是在我们的物理体系中所采用的位置体系里发现了任何必然的错误，并不会导致实验的矛盾。唯一可说是“错误”的东西，在于它并非独一无二。如果我们发现我们的体系不能令人满意，而其他的体系更好，那还是不能引起思想的巨大革命。但发现我们的体系只是众多体系之一，而所有的体系都同样令人满意，这将引起关于位置体系意义解释的巨大变化。
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