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1700940774 相对论中似乎引起哲学家特殊兴趣的一个特点是光速的绝对性。速度一般是相对的,如果我说每秒钟40千米速度,必须补充说“是相对于地球”、“相对于阿图克鲁斯星球”,或者我刚才提到的什么一种坐标系。除非有这个补充或隐含坐标系,没有人会从我的描述中理解到什么。但有一件奇异的事实是,如果我提到每秒299796千米速度,便无须予以说明,相对于什么的速度?相对于宇宙间的任意一物体、每一颗星球或任何物质的例子。
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1700940776 试着赶上一束闪光是毫无用处的,不管你跑得多快,光都是以每秒18.6万英里的速度离你远去。现在有一个观点,这是大自然所加给我们的实在没有意义的欺骗。还是以我们那位以每秒旅行16.1万英里的速度旅行观察者为例,派他追赶闪光,一秒钟光比他多走2.5万英里,但那并不是他要报告的。由于它的标准比例尺发生收缩,他的一英里不过是半英里。由于他的时间变慢了,他的秒都成了两秒,在他的测量里速度成了每秒10万英里(实际上是每2秒5万英里)。在他记录速度的时间与时钟同步时,他犯了一个更大的错误(你们还记得他用的是与我们不同的“现在”线),这样速度就提高到每秒18.6万英里了。从他自身的观察点来看,旅行者是无望地落在光的后面了。因为他的测量仪器已经错乱颠倒,所以他也就意识不到他的竞赛是多么接近光速了,你们要注意闪光的、难于捉摸的不亚于彩虹。
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1700940778 尽管这个说明有助于我们把最初看起来全然不可能的时间相调和了,然而它并不透彻。你们记得吧,一条“现在所见”线或闪光轨迹线代表世界构造的组织粒。因此每秒299796千米速度的特性是它与世界的组织粒一致。代表物体的四维蠕虫,必将穿越组织粒进入未来的圆锥之中,我们不得不引入某种参考系来记述它们的历程。但是光精确地沿着组织粒,无须任何其他人为的区分参考系来描述这个事实。
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1700940780 可以这样说,299796千米/秒这个数是世界(原文为木材——译者注)组织粒的一个代码数字,其他代码数字相应于多个随意穿越组织粒的蠕虫洞。对不同的空间和时间系,我们有相应的不同的代码。世界(原文为木材——译者注)组织粒的代码是唯一一个在所有代码里都相同的数字,这绝非偶然。但除了我们的测量方法被合理设计以便揭示本质,而不是得到世界组织的偶然特性外,我并不知道能否从中得到更深入的推论。
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1700940782 在每个测量系统里都占据独一无二的位置的每秒299796千米速度,通常都指的是光速,但是它的意义远不止此。在这一速度下物质的质量变成无限大,长度收缩为零,始终静止。因此,无论是否涉及光,在各种问题都会出现这个速度。
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1700940784 科学家对这个速度的绝对性兴趣巨大,而哲学家的兴趣我想大部分是错误的。在确认这一速度的绝对性后,科学家们表示,他们在每个测量系里面都把同样的数赋给它,但那是他们自己的一个私自的安排——一个对它的普遍重要性未写出来的致意。[3]从测量数据转到这些数据所表示的事物,“组织粒”肯定的是世界的一个绝对的特征,但也是“蠕虫洞”(物质的粒子),差异在于组织粒是本质的和普遍的,而蠕虫洞是偶然的。科学和哲学在讨论“绝对”时往往带着相反的目的——我恐怕这误解的过错主要在科学家。在科学层,我们主要关心的是所使用的描述性术语的绝对性或相对性,但当绝对这一术语用于表示所描述的事实的时候,一般地它粗略地表示“普遍的”意思,而非相反的“偶然的”。
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1700940786 另一个误解是存在速度的最高极限,并没有说速度不能超过每秒299796千米。例如,想象一个能够将精确平行光传送远达海王星的探照灯,如果让探照灯每秒转动一次,那么在海王星上光束的那一端将进行圆周运动,其速度将比上述速度极限高得多。通过将那些自身没有直接的偶然联系的状态进行精神联合,这是我们速度创造习惯的一个例子,相对论的论断则更为严格,即是说——
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1700940788 无论物质、能量或其他任何能够用来作为标记的事物,只要参考系是本章任何一种空间和时间系,其运动速度都不可能超过每秒299796千米。[4]
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1700940790 特定情形下(如反常弥散现象),物质中的光速能够超过这个值。但是更高的光速,只有在光通过物质使分子共鸣振动的某些时刻才能实现,一个未预做准备的闪光运行得更慢。可以这样说,超过每秒299796千米的速度是通过预先准备实现的,因此在信号设备里没有什么用处。
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1700940792 我们完全坚持有关信号速度的限制,这样做的效果就是只有把信号传送到“绝对的未来”才能达到这个速度。能够把关于“此地—此刻”事件的消息传送到中性楔中的结果,太过荒诞不经而不可想象,要么信号能够到达的中性楔形地带必须严格处于违反相对论原理状态,要么就有可能建立一个联盟,能够接受我们明日发送的信息,并将其传回我们今日接收!有关信号速度的极限是我们防止过去和将来混乱的防波堤,在这点上,爱因斯坦的理论有时背了黑锅。
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1700940794 按照传统的表示方法,信号速度每秒299796千米的限制,更像是大自然专横的律令。我们总是感觉得到要寻找走得更快的事物就是一个挑战,但是,如果我们以绝对的形式说明,信号只能够沿着时间关系轨迹而不沿着空间关系轨迹,那么速度限制看来是合理的。为了突破它,我们不仅要找到每秒也就快1千米的事物,而且能够跨越时间和空间界限的事物——我们确信这一点在任何合理的理论中都应该坚持。
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1700940799 物理世界的本质 [:1700940192]
1700940800 物理世界的本质 实际的应用
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1700940802 在这些讲义里面,我更关注的是新的理论观点,而不怎么关心它们对推动科学进步的实际重要性。但是,若只是涉及那些基本概念,其缺点就是容易留下这个印象,即新物理学太过“不着边际”。那完全不对,相对论在它所适用的实际问题里是很有效的。在此,我只能考虑很基础的问题,这些问题对新理论在先进科学研究中的力量很难公平对待,举两个例子就足够了。
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1700940804 一、通常一直认为星球受阻于它们自身辐射的回压而降低速度,按照这个观点,由于星球向前运动,所放出的辐射更多地堆积在星球前方,后方的辐射很稀薄。由于辐射施加压力,前表面受到的压力将超过后表面所受的压力,因此,就产生了阻止星球的力,倾向于使星球逐渐静止。在星系运动的研究中,这种效果可以说是极其重要的,表明平均来说,古老的星球必然要比年轻的星球的速度低些——这一结论与观察结果相反。
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1700940806 但是根据相对论,所谓“达到静止”没有任何意义,相对于一个体系速度的减少即是相对于另一个体系速度的增加。星球既不会达到绝对的速度,也不会达到绝对的静止,因此,这种说法可以作为谬误当即摒弃。
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1700940808 二、放射性物质所发射出的β粒子,是以不比光速低多少的速度运动的。实验表明,这种高速运动的电子的质量比静止电子的质量高得多。相对论预言了这种质量增加,并给出了质量依赖于速度的公式。质量增加的唯一原因在于,根据定义,质量是依赖于相对长度和时间相对量这一事实的。
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1700940810 我们以它自身的观点来看β粒子,它是一个与任何其他电子都没有可见的差异的普通电子,但它是以非常高的速度在运动吗?那电子说:“不,那是你的观点。我惊愕地想象你们以每秒100000英里的巨大速度从我边上呼啸而过,我想知道运动这么快是个什么感觉,但这不是我的事。”所以,在静止中沾沾自喜地考虑自身的β粒子毫不注意我们的行动,而对其自身安排了通常的质量、半径及电荷,这个质量正是一个电子的标准质量9×10-28克。但质量和半径都是相对量,对此情形,它们的参照系显然就是适用于沉迷在自我想象的电子的坐标系,即电子处于静止状态的坐标系,但当我们说到质量时,我们是相对于我们处于静止状态的坐标系。通过四维世界的几何关系,我们能够得到两个不同坐标系下质量变化的公式,它是长度和时间计算变化的结果。我们实际上发现,质量增加和长度缩短具有相同的比例(菲茨杰拉德因子),我们观察到的电子质量增加,是由于从电子自身的坐标系和我们自身的坐标系之间计算的变化导致的。
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1700940812 所有的电子按照它们的观点都相似,明显的差异来自于将它们整合到我们的参考系,而我们的参考系与它们的结构无关。我们对它们质量的计算值要高于它们自己的计算值,这个计算值随着我们各自的坐标系的不同——即我们之间的相对速度不同而增加。
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1700940814 我们列举这些结果,并非表明或确定相对论的真实性,而是为了说明相对论的应用,这些结果可从麦克斯韦的经典电磁理论结合有关电子表面所处条件的特定假设(在第二问题里)导出。但是要认识新理论(相对论)的长处,我们不仅必须要考察应该能推导出什么,还必须考察所推导出来的是什么。历史的事实是第一个问题,经典理论的结论是错误的,一个重要的补偿因子给漏掉了,关于第二个问题的结论(在经过许多错误后)在数学上是完全正确的。但因为那个结果是从电子的电磁方程式推导出的,由此可以设想该结果依赖于电子是一个电子结构这一事实。据信理论结果与观测结果一致,由此证实了有关电子是纯粹的电结构而不是任何其他东西的假设。上述处理,我们并没有参考电子的任何电性质,业已发现这个现象是唯一的由于质量的相对性所产生的,因此,尽管存在其他一些好的理由使得我们相信,一个电子仅由负电组成,但它们都无以提供质量随速度增加的证据。
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1700940819 物理世界的本质 [:1700940193]
1700940820 物理世界的本质 小结
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1700940822 本章将空间体系多样性的观念扩展为空间和时间体系的多样性,被称为空间体系的空间内的位置体系,只是空间和时间里事件位置的一个更为完备的体系的一部分。大自然并没有给出任何明示,说这些体系中的哪一个比其他的体系更优先。我们身处其中相对静止的、特别的体系,相对于我们有一个其他体系所不具备的对称性,因此,我们转到常用的假设,即这个特别体系是唯一合理和适当的体系。但是现在应当抛弃这个以自我为中心的见解,应该在同等基础上对待所有的体系。将时间和空间一并考虑,我们便能够理解体系的多样性是如何发生的。它们对应于事件的四维世界断面的不同方向,这些断面就是“世界范围的瞬间”。并存(现在)被看成是相对的,绝对并存的否定与绝对速度的否定密切相关。绝对速度的知识使我们能够确信过去或将来的特定事件在“此地”而非“此刻”发生,绝对并存的知识可以告诉我们某些事件在“此刻”而非“此地”发生。摒弃这些人为的断面,我们就看见了在沙漏图腾计划之后组织粒飞散和交错的绝对世界结构。我们通过参考该结构来辨别事件的空间类型和时间类型隔开的区别——一种对我们认为空间和时间是根本不同的本能感觉进行辩护和解释的区别。新的概念对实际物理问题的许多重要的应用太过于专业而不能在本书讨论,比较简单的应用之一,是确定物体的物理性质随快速运动的变化,由于运动能够同样恰当地描述为我们自身相对于物体的运动,或者物体相对于我们自身的运动,因此它不能影响物体的绝对行为。长度、质量、电磁场、振动周期等的变化,仅仅是从物体处于静止的体系转到观察者处于静止的体系时所导入的计算值的变化,至此,就容易计算任何这些量的变化公式,由此也就确定了体系的几何关系。
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