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10年后,爱因斯坦提出广义相对论,提出时钟的快慢不仅与它的运动速度有关,也和重力有关。时钟在山顶上要比在山谷中走得快些。而在地球上这一区别很小,我们还是无法感觉到这一效果。
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当美国航空公司在20世纪70年代开始提供环球航行的时候,约瑟夫·海富勒考虑,是不是可牲通过简单地把时钟带到飞机上来检测爱因斯坦提出的这个假说。可以在上飞机前将时钟和留在地面上的另一只时钟同步,然后绕地球飞行一圈,如果爱因斯坦是正确的,那么这2只时钟将产生时间差:运动得更快的时钟,它的时间必然会慢一些。
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海富勒计算出,这个时间差将是以十亿分之一秒量级。当他在一个物理学术会议上作报告提出自己的想法的时候,来自美国海军天文台时间服务部门的理查德·基廷正坐在听众席上。基廷所处的是当时美军用来守护“自由世界”准确时间的部门。拥有精确的时间是无线电导航中最重要的环节。基廷自己经常携带原子钟乘飞机旅行,前往世界各地为那里的原子钟调整、校正时间。基廷立刻认识到:这样的时钟正好可以测量海富勒所计算出的时间差,于是开始和海富勒一起策划这次环球飞行。其实基廷自己也怀疑,人们会这样想:“我不相信这些‘教授’,他们总是在黑板上写写画画就认为自己无所不知了。我做过无数次的测量,结果并不是像预言的那样。”
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海富勒和基廷先向东,4天后又向西做了环球飞行。第一次飞行用65个小时从华盛顿特区飞到伦敦,然后从伦敦经法兰克福、伊斯坦布尔、贝鲁特、德黑兰、德里、曼谷、香港、东京、火奴鲁鲁、洛杉矶和达拉斯回到华盛顿。
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旅途十分辛苦,不仅仅因为这2个物理学家总是要扛着那台沉重的钟(实际上是2台组合起来的时钟,这样可以让时间更精确),而且由于这台时钟很脆弱,需要时刻照看,他们很少睡觉。更糟糕的是,由于时钟内的连线出现差错,基廷不得不切断了接地线,这导致这台机器始终带电,2位物理学家时不时地就得被电击一次。
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飞行结束后海富勒将收集到的数据填人爱因斯坦的方程式,计算出速度和重力共同作用的效果:飞机上的时钟在向东方向的旅行结束后应该走慢十亿分之十七到十亿分之六十三秒。事实上它走慢了十亿分之五十九秒。因为留在华盛顿的那只时钟随着地球自转向西运动了,现在华盛顿时间比飞机上的时钟时间慢了十亿分之二百七十三秒。这乍一看很奇怪,即使是算上地球自转,飞机上的时钟也比留在华盛顿的时钟运动得快。但是从地球外来看,就是另外一回事了:留在地面上随着地球自转运动的时钟要比飞机上的时钟运动得快,因为飞机是逆着地球自转的方向飞。
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令那些认为这个实验将徒劳无功的物理学家恼火的是,海富勒和基廷的原子钟飞行实验引起了媒体的强烈反响。事实上狭义相对论早从1938年开始就数次被实验证明是正确的。只是早期的实验测量的是时间变化的最基础的物理学数据,对于门外汉来说十分不直观。现在基廷和海富勒使用原子钟让这一时间的变化更加有说服力。“不知道什么时候,我就决定,这个实验是做给普通人看的,而不是给专家。”海富勒说。
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“如果您想活得更久,您只需要向东飞。”著名物理学家霍金写道,但是他也同时泼了冷水:“您得到的数十亿分之一秒,将被飞行给养的消耗抵消得一干二净。”
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◆访问webpsysics.ph.msstate.edu/jc/library/25-5/index.html观看当前有关相对论的特殊影响的动画片。
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◆同www.pbs.org/wgbh/nova/einstein上仍然有一部关于艾伯特·爱因斯坦的纪录片的链接。这部纪录片制作于1996年,它回顾了爱因斯坦一生的重要成就,并且阐释了不同时钟快慢不同的现象。里面还有一个视频小游戏,是关于相对论著名的孪生子谬论的。
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疯狂实验史 1972 逃过十字路口
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如何考察凝视对人的影响?斯坦福大学的研究者发明了一种简单的方法:他们站在帕罗奥多的十字路口,盯着等红灯的汽车司机。在信号灯跳到绿灯后,他们测量汽车开走所用的时间。被凝视的司机很着急:他们穿越十字路口的平均时间是5.5秒,其他人平均用时6.7秒。和动物一样,显然可以把人类的凝视理解为一种威胁,使得被凝视方想要逃离,即使这种威胁只是出现在路口。
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疯狂实验史 1973 性之漂流筏
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这是一个很合街头小报胃口的实验。“在一位身材曼妙的瑞典金发女郎的指挥下,一群经过百天集体生活和性行为学习的半裸男子和比基尼女郎,于周一结束了他们长达5000英里横渡大西洋的漂流历程。”当1973年8月20日阿卡里(Acali)方舟号抵达墨西哥港口城市科苏梅尔(Cozumel)的时候,合众国际社是这样对此事进行报道的。“现代行为研究中最大的集体实验”由此宣告结束。这个标题和墨西哥人类学家圣地亚哥·赫诺维斯(Santiago Genoves)进行实验的初衷大相径庭。这个由来自不同种族和宗教的6女5男在起居室大小的漂流筏上进行的横渡大西洋之旅,给报纸读者留下的印象首先就是阿卡里号——“性之漂流筏”。
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1969—1970年。赫诺维斯在挪威人类学家托尔·海尔达尔(Thor Heyerdahl)由镭和镭2号(Ra und Ra II)组成的灯芯草船队工作。海尔达尔想通过这次像康一蒂基号①(Kon—Tiki)海上历险一样的航行来证明他有关其他民族早期海上航行的假说。赫诺维斯清楚,船员们也都知道,“没有比用小木筏进行海上航行更好来进行这项人类行为研究的方法。”
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(①挪威探险家兼作家托尔在1947年的探险中所使用的筏子。他从南美洲经太平洋到达了波利尼西亚群岛。——译者注)
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赫诺维斯建造的木筏有12米长、7米宽,供船员睡觉的仅有的船舱是一个4米×4米、只及人胸口高的小屋子。他并不想造一艘流线型的大船,而只是一个有承载能力的漂浮物。他还募集到11名作为实验小白兔的船员:一位瑞典女船长、一位犹太女医生、一位日本摄影师、一位希腊饭馆老板、一位安哥拉神甫、一名美国白人女子和一名美国黑人女子、一名阿尔及利亚籍阿拉伯女子、一名乌拉圭人、一名法国女人以及赫诺维斯自己。
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在选择船员的时候,赫诺维斯一点也没考虑和谐,相反地,船员的组成应该尽可能充满不稳定性。他有意把最重要的位置——船长和医生——给了两位女性,并且注意尽量选结过婚的和有孩子的人,同时他们要能代表不同的种族和宗教。
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1973年5月13日,阿卡里号从加那利群岛上的拉斯帕尔马出发驶向大海。出发前赫诺维斯把筏上唯一的船舱里的床位做了分配:男女交替睡成两行。立刻就有人指责他说,他肯定会自己睡到两位最漂亮的女性中间。赫诺维斯则指出,这些人在这个实验中竟然只对性感兴趣。
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在101天的航程中赫诺维斯做了超过千页的观察笔记,记录船员们的生活。船员们则填写了46份问卷,他们回答了8079个涉及与其他船员的关系、性行为、宗教、攻击性和道德等方面的问题。
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起初船员们都很内敛,大家都穿着衣服。很快羞耻感就消失了,船员们可以当着所有人的面上露天厕所。14天后,所有船员都可以在上厕所的时候和其他人交谈。在船上的工作分派上首先出现摩擦。船长英格里德的命令式口气让大家无法忍受;阿尔及利亚女人爱莎面对工作总是推诿,被起了个外号“游客小姐”;几乎所有人都对法国姑娘索菲亚过分的娇贵怒不可遏,她早上竟需要一个小时保养、化妆;而神甫总是发出让人崩溃的汗臭,赫诺维斯只好提醒他,每天要从头到脚地洗3遍澡。
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