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动手实践
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这个制作由两部分组成，一部分是发射“苹果”的装置，一部分是灵巧的“猴子”。这两部分的实物图如图10.2所示。其中，发射装置由一次性塑料注射器的针筒、弹簧和小钢珠组成，固定针筒的是一些木块组成的架子，可以调节针筒的仰角。而“猴子”是一个乒乓球，它的上面有一根铁的小螺丝钉，因为乒乓球的壳很薄，一般的木螺丝钉用手就可以钻进去（这种螺丝钉的头是尖的，呈圆锥形，便于钻到木头里去。而机械上用的螺丝钉头是平的，呈圆柱型，不适合我们这里的使用）。
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图10.2 发射装置与“猴子”
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接下来，就是要看怎么让我们的猴子变得灵巧起来，在小钢珠刚刚离开针筒时它就能够从高处自由落体的掉下来。这一点可以由图10.2中的电磁铁和针筒口的开关来做到，从图10.2中可以看到，针筒口有两块铝片和一张薄薄的铝箔纸做成的开关，并有两根导线引出来，乒乓球的右边是一个自制的电磁铁。在实验中，我们的电路连接如图10.3所示。小钢珠蓄势待发时，铝箔构成的开关把电磁铁导通了，中间有电流通过，所以它就能吸附住乒乓球上的螺丝钉。当小钢珠射出时，它会冲开铝箔与铝片的接触，从而电磁铁中电流被切断，乒乓球就在小钢珠离开发射器的同时自由落体了。铝箔与铝片连接处需要用透明胶带轻轻粘贴。既不能粘贴得太牢以免小球无法冲出，也不能不粘贴，因为那样铝箔和铝片的连接处电阻很大，无法给电磁铁提供足够的电流。但是，总体来说，读者不必拘泥于这里描述的装置细节，只要按照类似的思路，构建一个电磁铁电路，一个可以被小钢珠打开的开关，一个可以调节仰角的发射架就可以了。
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图10.3 电路原理图
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装置看起来颇为简陋，那么结果如何呢？请看下面的两组照片（见图10.4和图10.5）。
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图10.4 小钢珠错过乒乓球
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图10.4中，我们有意瞄准乒乓球上方的一点，然后将小钢珠发射出去。我们可以看到图10.4（B）中乒乓球下落得很慢（毕竟初始速度为零），小钢珠已经逼近了，它才刚刚下降了一点点。即使如此，图10.4（C）显示，乒乓球还是刚好躲过了小钢珠。根据前面的理论容易得知，当小钢珠运动到乒乓球正上方时，它与乒乓球之间的距离和最初瞄准点与乒乓球之间的距离是一样的。图10.4（D）则是它们擦肩之后，蓦然回首的场景了。
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再来看，如果我们一开始就瞄准乒乓球会怎么样，图10.4（A）～图10.5（D）就展示了这个场景。可以看到图10.5（D）中小钢珠悬在空中的照片非常清晰，而乒乓球则向左运动。这表明小钢珠把自己的大部分动量转移给了乒乓球，小钢珠碰撞后的一瞬间速度接近于零，在照片曝光的那段时间里它几乎没有运动，所以它才留下了一个清晰的倩影。而乒乓球获得了小钢珠水平方向的动量以后，就开始了向左的运动。这样我们就用实验生动地验证了我们开始提到的理论。
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图10.5 小钢珠击中乒乓球
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探索与发现
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在这个实验中蕴含了一个非常有趣的问题：“在子弹飞离枪口的一瞬间，猴子从树上跳下来”，即猴子从树上跳下与子弹飞离枪口是同时发生的。我们使用电磁铁和开关来实现这一“同时”的要求是一个非常好的选择。试想一下如果让某人拿着乒乓球，当他看到小钢珠射出时松手，则离“同时”的误差就比较大了（人的反应时间为零点几秒钟）。但是开关断开和电磁铁中的电流消失并不是精确地同时发生的，而是有一些延迟。这个延迟主要来自于电磁铁的电感，电感总是试图阻挠电流的变化。在开关断开以后，存储在电磁铁中的能量还能维持电流一段时间才消耗掉（这段时间非常短，我们无法觉察到）。另外，即使没有电感对电流变化的阻挠，电场在导线内传输也是需要时间的（传输的速度大约为光速）。所以从开关断开到电磁铁导线中的电子失去电场的驱使，也需要一段时间，约为从开关到电磁铁的距离除以光速，可以想象这个时间延迟就更小了。
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那么，有没有办法实现精确的“同时”呢？笨办法倒是有一个，我们让无数个猴子站在树上，随机地向下跳。总能碰上一个冤大头与我们发射苹果（子弹）的时间相同吧？但是毫无疑问，此时猴子向下跳就与我们发射苹果没有因果关系了。细想想，真正同时发生的两件事难道还会有因果关系吗？
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爱因斯坦先生一百多年前就对这个“同时发生”的概念做过深刻的思考。也许是当时他在瑞士一个小专利局的工作非常清闲（生活也很拮据），所以他就能在偶尔为买房买车发愁之余，还有时间认真审视这些别人认为理所当然的问题。他思考的结果就是著名的“狭义相对论”。其中一个重要的结论是，“同时发生”这个事儿实在是仁者见仁智者见智。你认为是同时发生的两件事，在一个坐在飞奔的火车上的人看来就是一前一后了。也就是说，“同时性”取决于观察者的参考系。我们想来了解一下这个疯狂的理论是怎么回事，最好的办法就是从爱因斯坦先生提出的一个假想实验入手。
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假设有一节飞驰的列车车厢，车厢正中间坐着小红，列车站台上站着小明，正对着铁道方向站立着，如图10.6所示。
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图10.6 爱因斯坦先生的假想实验
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当车厢行驶至小红和小明刚好面对面时，小明看到有两个闪电“同时”击中了车厢的前后端（如图10.7（A）所示）。之所以他会认为是“同时”击中的，是因为他看到两束闪电击中车厢后激发出的光线同时到达他的眼中，而他与车厢前后端的距离相同，所以他推断闪电击中车厢前端和后端这两件事情是同时发生的。图10.7（B）描绘了这个过程，闪电激发出的两束光波向四面八方传播，经过相同的时间抵达小明的眼中。注意，图10.7（B）中的车厢和小红是用灰线画出的，因为车厢在不停地向前高速运动，从图10.7（A）到图10.7（B）经历了一段时间，所以车厢和小红已经不在此处，而是向右移动了一段距离。
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