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爱因斯坦的相对论与时间“独立”

时间:2022-02-09 理论教育 版权反馈
【摘要】:乘车途中,我读到了爱因斯坦关于广义相对论的第一篇论文。爱因斯坦的笔触将我引入了物理世界。正是因为我对物理的兴趣源自爱因斯坦,他的治学标准自然而然地成了我的治学标准,他的相对论理论成了我的试金石。然而,正是爱因斯坦的相对论,认为真实的宇宙不随时间变化,时间不过是宇宙披上的一层假象。大多数科普读物都会给出大量例证,用以连接爱因斯坦的简单前提假设与相对论违反直觉的种种推论。

我9岁那年,父亲将一本特别的书带回我们在曼哈顿上西区的公寓——林肯·巴内特(Lincoln Barnett)写的《宇宙与爱因斯坦博士》(The Universe and Dr.Einstein)。这本书对相对论的解释令我们父子深深痴迷。时至今日,我依然可以回想起书中的示意图:那些加速的列车和那些弯曲的星光。这,便是我与物理学的第一次相遇。

16岁那年,一次,我坐地铁去看望我那玩摇滚乐的表哥。乘车途中,我读到了爱因斯坦关于广义相对论的第一篇论文。那时,这些我所能读到的爱因斯坦的开创性论文,往往被人收录于廉价的平装合集中。[1]现在这些论文的待遇似乎还是一样。在阅读这些论文前,我还从未翻阅过任何一本物理教科书。16岁的我尚不知道,我所阅读的文章,最为成功地展示了如何使用清晰透彻的想法表述自然的本质。我非常幸运。爱因斯坦的笔触将我引入了物理世界。这种经历有点像让一个断奶的婴儿直接享用五星级的法式大餐。此后,如果你再想喂他麦片或者果冻的话,他可能会哭闹个不停。

在此后的物理学学习中,我发现再也没有一个物理理论能在清晰性和优雅性上企及爱因斯坦的相对论:量子力学不及它,量子场论不及它,甚至牛顿力学也不及它。阐释牛顿力学的教科书,往往在给出诸如质量与力等基本概念时便开始循环定义,这些定义难以理解,常常导致逻辑混乱。正是因为我对物理的兴趣源自爱因斯坦,他的治学标准自然而然地成了我的治学标准,他的相对论理论成了我的试金石。对于任何一个有科学素养的怀疑论者来说,相对论的原理再为神圣不过。

然而,正是爱因斯坦的相对论,认为真实的宇宙不随时间变化,时间不过是宇宙披上的一层假象。它为这一论断提供了最为有力的论据——这也正是过去我一直相信时间假象论的主要原因。

爱因斯坦创造了两套相对论:狭义相对论和广义相对论。狭义相对论的世界不包含引力。它的创立基于爱因斯坦在1905年“奇迹之年”发表的两篇论文。[2]10年之后,广义相对论才被创立。这一次,广义相对论包含了引力。

从本质上说,爱因斯坦的这两套相对论是关于时间的理论。但更确切地说,它们是关于去时间化的理论。在很多人看来,它们以难以理解著称。这并非事实。在我眼中,这两套理论美丽、简洁、非常易懂。确实,第一次接触相对论的人会发现它们违反直觉。这是因为相对论指出了我们脑海深处错误的直觉,将它替换为实验吐露的真知。学习相对论需要经历一个世界观的转变。我们不得不放弃潜意识中某些关于时间的假设。但在此之后,一切都会合乎逻辑地展开。

在这一章中,我将仅仅讨论相对论中有关时间本质的观点与结果。大多数科普读物都会给出大量例证,用以连接爱因斯坦的简单前提假设与相对论违反直觉的种种推论。[3]这里我将跳过这一步骤,直接给出我认为的再清晰不过的相对论论断。

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