爱因斯坦的新理论狭义相对论

爱因斯坦很明确地感受到，必须放弃牛顿定义的绝对空间和绝对时间的概念。这种在我们的认知中为所有人清楚定义的唯一时间和唯一空间，其实只是骗人的表象：这些概念没有绝对的物理现实。我们之前认为的“时间的流逝”，其实应该由我们每个人自己来看作“固有时间”（temps propre）的流逝，这只对自己一人有效而对任何其他人都无效，它没有绝对性，没有通用性。但是，在地球上，我们每个人的固有时间差别非常小；这就使我们所有地球人可以在我们地球人的层面将它们表述为唯一的时间，这就是我们一般习惯所称的“世界时间”。

这一概念革命是如何与我们的日常视角相统一的呢？一切都只是一个精确性的问题。与时空概念的微妙影响相比，我们“日常”的度量概念是非常有局限性的。经过这一非常细致的界定，由所有人类及其所处环境（地球或太阳系）组成的“系统”，可以被认为是唯一的“物理物体”，它相对于宇宙来说是极其微小的。在这一粗略计算中，共同的固有时间与组成全人类的物体相关联。正是这一物体的固有时间被我们称为“世界时间”。

在日常生活中世界时间运行得非常好，甚至对许多只需要一定精确度的物理测量也是一样。但一旦有更精确的必要，就不能“混合”人类和地球上的物体，当这些是统一且唯一的物理物体；也无法接受有一个共同的时间（无论是不是世界时）对所有人同样流逝。而无论何种精确，当研究的对象是运动极快的物体时，这一假设无论如何都会变得行不通，例如在加速器中的粒子或宇宙辐射（它也是粒子，但由自然的宇宙进程加速）。

地球上流逝的时间，没有什么是“共同时间”，我们日常度量的精确度让我们看不到这一点。但理解以下一点是很重要的：在基础层面，在概念层面，调和自然现象与对所有物体都同样流逝的整体时间概念是不可能的。今天看来整体时间的概念过时了。在关于世界本质的理论或哲学思考范围内，已经没有了它的位置。剩下的只有每个人的固有时间这个概念，但它反映的只是我们感知世界的方式，而非世界自身运行的方式。

但是（幸好），一个绝对框架是存在的，它被完美地定义，其中发生着各种现象：那就是时空。它的几何特性被毫无争议地定义。它构成了所有物理物体、所有观察者，以及所有物理现象的共同框架：我们都（无一例外地）生活在时空里，而不是“空间和时间里”。

爱因斯坦的新理论——狭义相对论——就是在时空里被刻画出来。它的优点就此展现：只要规律是在这一框架中被刻画，它们便“魔法般地”有了更优雅更简单的表述！例如，根据洛伦兹方程式——它完全误导了二十世纪初的物理学家——速度的叠加被简单地诠释为时空中的旋转（就是把在三维空间内的惯常旋转扩展到四维空间）。（通常意义上的）速度变化在时空中仅仅是一个角度而已。运动学——直到那时还被看作时间轴上的变化——成为时空中的几何，即“时间几何”（chronogéométrie）。

让我们想想牛顿的惯性原理吧：“自由物体（不受任何外力作用的物体）在空间中保持静止或匀速直线运动的状态。”在狭义相对论中，这一原理变为：“自由物体在时空中进行直线运动。”陈述和概念都变得更简单。

可以看到爱因斯坦的理论在表达物理定律时总体来说比较简单。当然，单这一点并不说明它就是正确的。但许多物理学家（包括爱因斯坦）一直认为理论的简单性、浓缩性及统一性，可能是有利的信号。但是人们知道——爱因斯坦也一直重复这一点——最终的标准仍然是实验的检验：一个理论仅仅是优雅或简单并不足以正确地应用于真实的世界。物理学的规则是严格的！从这点看来，狭义相对论完美地通过了所有的检测。