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他正在做什么

时间:2022-02-09 理论教育 版权反馈
【摘要】:操作主义者都相信真实世界的存在,但他们同时也相信,探求真实世界的唯一途径是探索可观测的世界。爱因斯坦的狭义相对论对于时间的一大发现就是同时的相对性。“同时”是指两个异地事件是否在某一个时间点上同时发生。如果两个事件隔着某段距离,那么以不同方式运动的观测者将就两个事件是否同时发生,得出完全不同的答案。同时的相对性基于一些假设,其一是光速不变。

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让我们先考虑一下狭义相对论的两个基本概念。第一个是同时的相对性(relativity of simultaneity),第二个是块状宇宙(block universe),前者可导出后者。这两个基本概念是将时间驱逐出物理学的重要步骤。

在构建狭义相对论的过程中,爱因斯坦针对时间的本质给出了两个策略。

首先,他抛弃了绝对时间观而接受了相对时间观:时间意味着变化,时间描述的是我们所感知事物之间的相对关系;绝对时间或普适时间并不存在。

其次,爱因斯坦使用了操作主义(operationalism),这一方法出现在爱因斯坦的早期工作中。操作主义认为,只有当我们规定诸如时间之类的物理量的测量方法之后,定义那个物理量才有意义。如果你想定义时间,就必须要描述你理论中所使用的时钟以及时钟的运行方式。站在操作主义的角度看科学,我们不应该问某物是否真实,而要问它能否被观测者观测。宇宙中观测者的情况必须被理论涵盖,比如,观测者身处何处、他是否运动。这样,你可以询问这些观测者是否对某一问题有着一致的答案。爱因斯坦的许多有趣发现往往起源于观测者们对同样的问题得出了不同的答案。

现实又是什么呢?物理学家们难道不应该更关心事物的真实性,而非它能不能被观测到?这些指责并不为过。操作主义者都相信真实世界的存在,但他们同时也相信,探求真实世界的唯一途径是探索可观测的世界。所谓客观地判断某一事物是否真实,就是需要所有观测者对此问题达成一致。

爱因斯坦的狭义相对论对于时间的一大发现就是同时的相对性。“同时”是指两个异地事件是否在某一个时间点上同时发生。爱因斯坦发现,任何有关同时性的问题都存在模棱两可的答案。如果两个事件隔着某段距离,那么以不同方式运动的观测者将就两个事件是否同时发生,得出完全不同的答案。

身处多伦多的一位女士从梦中醒来,开始惦念她身处新加坡的恋人现在正在做着什么。以上场景对我们来说自然而然。类似地,我们似乎也可以想象,冥王星上正在发生着什么、仙女座星系的某颗行星上正在发生着什么,或更进一步,宇宙的另一端正在发生着什么。这些基于我们直觉的问题被爱因斯坦证明是没有意义的。相对运动的两个观测者会对相隔遥远的事件的同时性,得出不一样的答案。

同时的相对性基于一些假设,其一是光速不变。对任意两个以任意速度相对运动的观测者来说,他们对光子速度的测量结果一致。我们还可以假设,任何物体的运动速度都不能超过光速。[4]在这一假设下,一个事件能影响另一事件只有在以下条件下才可能成立:信号由前一事件发出,以小于或等于光速的速度运行,并抵达后一事件。如果以上条件发生,我们说两个事件存在因果关系,前者是因,后者是果。

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