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摘 要:相对论是关于物质运动与时间空间关系的理论,是现代物理学和科学技术的重要理论基础之一。它的诞生,不仅大大推动了自然科学和技术的发展,且在哲学世界观方面具有非常重大的意义。但相对论的主要内容:同时性问题,尺缩效应,钟慢现象,光速不变等至今仍然使许多人处于困惑之中。笔者经由自然辩证法的理路,通过对相对论内容的浅显地重新认知,在哲学层面上对其进行一些反思。
关键词:相对论;同时性;尺缩效应;钟慢效应;光速不变;时空观
我们知道,爱因斯坦的相对论分为狭义相对论和广义相对论。狭义相对论使人类的认识深入高速领域,而广义相对论则进一步变革了人类对引力的认识。爱因斯坦曾说,世界上可能只有几个人能够看懂相对论,但世界上却有几十亿人借此明白没有什么是绝对的。任何真理存在都是有条件的,真理离开了存在的条件就会变成谬论。相对论的乱用也会把科学变成谬论,背离科学的基础。因此,我们需要对相对论的结论进行哲学的反思。
一、关于同时的相对性问题
所谓同时,就是两个事件发生的时间间隔△t=O。过去人们认为,所谓的“同时性”具有绝对的意义。换言之,在经典力学中,当世界上所有的钟在某一时刻校准后,那么它们在不同参考系中将永远是同步的。然而,在爱因斯坦相对论的体系下,这种情况要发生很大的变化。例如,甲和乙两个物体在主体A看来是同时出现的,但在B看来却是甲先于乙出现的,在主体C看来是乙先于甲出现。这表明同时性受观察者自身的影响,传统科学只考虑客观事物的关系,并不去考虑主体对科学结果的影响。其实,同时性的相对性是因主体而产生的,并不是一个深奥的问题。不同物体的信息传播到主体的时间受主体位置的影响,如果主体在两个物体中间,就会看到两个物体同时出现。任何科学知识都是主体的一种认识,任何认识都会受到主体的影响,离开主体而单独言及对客体的认识,就失去了认识的基础。
二、关于钟慢效应问题
爱因斯坦在建立广义相对论时预言,快速运动的物体上时间会变慢,这表明时间与物体运动的速度联系在一起的,是相对的。现实生活中我们可能有这样的感受:心情愉快时,时间过得特别快;心情郁闷时,时间过得特别慢。故而,时间的相对性只是对人而言。人们很少考虑相对论的理论对人的关系受主体感受的影响,而一般认为时间的相对性是客观世界的本来面目。
当我们考虑物体与主体的关系时,时间的相对性问题并不神秘。如果我们在快速运动的物体上面,时钟不会变慢,时钟变慢只是相对于观察者而言,因为我们是通过光的传递来获得物体的信息的,我们的感官把物体的信息变成感觉。双生子佯谬者认为,同样的双胞胎,其中的一个看离它高速远去的物体上的兄弟会感到他比自己年轻。其实这只是相对于观察者而言,对于在高速运动的物体上的人而言并不年轻,因为我们看到的只是它的过去的信息,而不是它现在的信息。因此,所谓双生子佯谬纯粹是对相对论的误解或是相对论的错误。因为钟慢效应只是对观察者而言,人对于信息的获得需要一个时间。在低速运动的物体中,这个时间可以忽略不计,但在高速运动的情况下信息的获得就必须考虑信息传播的时间。假设一个物体在持续不断地发出信息,我们与物体以超过光速的运动速度相对运行,我们就决不会把在物体上的人看成越来越老,而是看作越来越年轻,越来越小。因为我们只能获得物体过去的信息,我们看不到物体现在的任何信息。因此,时钟的快慢只对观察者有意义,对事物本身没有意义。
三、关于光速不变的问题
爱因斯坦的光速不变原理至今没有确切统一的物理解释。爱因斯坦认为在任何惯性系中真空中的光速都是相同的。也就是说物体运动的最高速度不能超过光速,即使在同一个点上向相反的方向同时发射两个光子甲和乙,每个光子的运行速度为每秒三十万公里,在光子甲上观测另一个光子乙,光子乙相对于甲的运行速度仍然为每秒30万公里。也就是说30万公里加30万公里等于30万公里,这是违背常理的,但物理学家通过观测证实了光速不变理论。这就发生了非常奇怪的现象,两个光子走的距离等于一个光子走的距离,于是高速运动的物体之间的距离长度会缩短,这就是尺缩效应。这种物理语言,只有少数几个物理学家能明白。虽然科学家非常伟大,但他创造的理论不应该神秘,更不会让普通大众读不懂。
对于光速不变原理,笔者斗胆用狭义的定义来重新分析一下上面的问题。不妨做个大胆的假设:如果我能够以每秒30万公里的速度追随其中一束光子,那么按常理来说,这束光子我应该看不见了,因为它相对我已经静止,这束光没有任何粒子能够进入我的眼睛被我感知,这个时候我应该断言这束“光”已经不再是以前所谓的光了。既然它已经不再是以前的光了,我们暂且把它与其它那些同样无法通过肉眼感知到的电磁波一样看待。既然这样,这时来好好审视一下我们的状态,是否这时的我们就应该是眼前一片黑暗?因为按常理是没有光量子进入眼睛的,可真的答案就这么简单吗?
对这个问题笔者个人认为,此时我同样是可以看到光的,但此光并非彼光。刚才我们已经假设了,先前的那道光由于我以光速在运动,已经消失了,因为它不能被我们感知了。可我们忽略了一个问题,既然有消失的光,就应该有新产生出来的光,而此时新产生出来的光,相对于我们的速度同样是30万公里每秒。这也就是笔者认为的光速不变原理的合理性所在。也就是说光速不变原理只对于观察者是有效的,对客观事物本身没有效力。
四、关于时空观问题
在相对论的宇宙观中,时间不再是绝对的,空间也不再是绝对的,历史也不再是唯一的。设想甲乙二人为同时出生的孪生兄弟,甲乘坐飞船A,乙乘坐飞船B,AB二船相互高速远离,后又相遇。试想,是甲比乙年轻,还是乙比甲年轻?根据爱因斯坦的相对论,如果以A船为参照,看作A船静止,B船运动,得出乙比甲年轻;如果以B船为参照,看作B船静止,A船运动,得出甲比乙年轻!但实际上甲和乙会与我们一块儿变老,不会年轻。这就是时空隧道——一种科学的童话,人类的梦想。现在科学的盲从和迷信让人分不出真假。因而,对科学必须进行哲学思考,让它不能偏离正确的方向,建立在更坚实的事实的基础之上。同时物理学不能背离逻辑,远离常识,成为少数人的符号语言,对普通人而言成为不可知的东西。科学是为人服务的,必须研究它的经济性、明晰性,否则它就会走向脱离大众的道路而遭拒绝。
五、结论
研读过爱因斯坦的相对论后,有人可能会想,如果相对运动的时钟不变慢就好了,那样以A船为参照所观察到的现象是甲和乙同样年轻,不仅在现象上相同,而以B船为参照所观察到的现象也是甲和乙同样年轻,不仅在现象上相同,而且在“时钟快慢与相对运动无关”这一规律上也一致,符合相对性原理。不幸的是“时钟快慢与相对运动无关”违反光速不变原理,回到了经典力学的绝对时空观。按照绝对时空观,时间空间独立存在,与里面有没有物体,物体如何以及物体如何运动都无关,而物体是被“放”在时空中的,这样必然推导出迎着一道光束运动的仪器测得的光速大于顺着这道光线运动的仪器测得的光速,这不符合试验事实。试验告诉我们光速不变。那么时间和空间就必须得变,时空不是独立于物体的存在,而是物质的广延,没有物质根本谈不到时空。
相对论否定了时空的绝对性,不变性,但确立了物理规律和真空中光速这两种东西是不变的,对任何参照系都一样,但它们都不是具体的事物,而是一些规律,因此不能作为所谓的宇宙本体。同时,相对论作为人们探索自然奥秘的强有力的理论武器,不仅为物理学的发展开辟了一个全新的方向,而且为现代科学技术的发展奠定了牢固的基础。因此,无论在科学真理上还是在哲学世界观与方法论上,无论在理论上还是在实践上,相对论都具有极其重要的意义。
参考文献:
[1]文兴吾.现代科学技术概论[M].成都:四川人民出版社,2007.
[2][美]阿尔伯特·爱因斯坦.相对论[M].重庆:重庆出版社,2007.
[3]王伯鲁.科学技术学教程[M].成都:西南交通大学出版社,2006.
[4]刘佑昌.狭义相对论百年风雨.物理与工程,2005:(2).
[5]陈兴旺.对相对论时空观的几点认识.池州师专学报,2005:(10).
[6]吴国林,孙显曜.物理学哲学导论[M].北京:人民出版社,2007.
[7]胡显章,曾国屏.科学技术概论[M].北京:高等教育出版社,2005.
[8]肖锋.科学认知的哲学探索[M].北京:人民出版社,2007.
[9]吴国盛.科学的历程[M].北京:北京大学出版社,2002.
关键词:相对论;同时性;尺缩效应;钟慢效应;光速不变;时空观
我们知道,爱因斯坦的相对论分为狭义相对论和广义相对论。狭义相对论使人类的认识深入高速领域,而广义相对论则进一步变革了人类对引力的认识。爱因斯坦曾说,世界上可能只有几个人能够看懂相对论,但世界上却有几十亿人借此明白没有什么是绝对的。任何真理存在都是有条件的,真理离开了存在的条件就会变成谬论。相对论的乱用也会把科学变成谬论,背离科学的基础。因此,我们需要对相对论的结论进行哲学的反思。
一、关于同时的相对性问题
所谓同时,就是两个事件发生的时间间隔△t=O。过去人们认为,所谓的“同时性”具有绝对的意义。换言之,在经典力学中,当世界上所有的钟在某一时刻校准后,那么它们在不同参考系中将永远是同步的。然而,在爱因斯坦相对论的体系下,这种情况要发生很大的变化。例如,甲和乙两个物体在主体A看来是同时出现的,但在B看来却是甲先于乙出现的,在主体C看来是乙先于甲出现。这表明同时性受观察者自身的影响,传统科学只考虑客观事物的关系,并不去考虑主体对科学结果的影响。其实,同时性的相对性是因主体而产生的,并不是一个深奥的问题。不同物体的信息传播到主体的时间受主体位置的影响,如果主体在两个物体中间,就会看到两个物体同时出现。任何科学知识都是主体的一种认识,任何认识都会受到主体的影响,离开主体而单独言及对客体的认识,就失去了认识的基础。
二、关于钟慢效应问题
爱因斯坦在建立广义相对论时预言,快速运动的物体上时间会变慢,这表明时间与物体运动的速度联系在一起的,是相对的。现实生活中我们可能有这样的感受:心情愉快时,时间过得特别快;心情郁闷时,时间过得特别慢。故而,时间的相对性只是对人而言。人们很少考虑相对论的理论对人的关系受主体感受的影响,而一般认为时间的相对性是客观世界的本来面目。
当我们考虑物体与主体的关系时,时间的相对性问题并不神秘。如果我们在快速运动的物体上面,时钟不会变慢,时钟变慢只是相对于观察者而言,因为我们是通过光的传递来获得物体的信息的,我们的感官把物体的信息变成感觉。双生子佯谬者认为,同样的双胞胎,其中的一个看离它高速远去的物体上的兄弟会感到他比自己年轻。其实这只是相对于观察者而言,对于在高速运动的物体上的人而言并不年轻,因为我们看到的只是它的过去的信息,而不是它现在的信息。因此,所谓双生子佯谬纯粹是对相对论的误解或是相对论的错误。因为钟慢效应只是对观察者而言,人对于信息的获得需要一个时间。在低速运动的物体中,这个时间可以忽略不计,但在高速运动的情况下信息的获得就必须考虑信息传播的时间。假设一个物体在持续不断地发出信息,我们与物体以超过光速的运动速度相对运行,我们就决不会把在物体上的人看成越来越老,而是看作越来越年轻,越来越小。因为我们只能获得物体过去的信息,我们看不到物体现在的任何信息。因此,时钟的快慢只对观察者有意义,对事物本身没有意义。
三、关于光速不变的问题
爱因斯坦的光速不变原理至今没有确切统一的物理解释。爱因斯坦认为在任何惯性系中真空中的光速都是相同的。也就是说物体运动的最高速度不能超过光速,即使在同一个点上向相反的方向同时发射两个光子甲和乙,每个光子的运行速度为每秒三十万公里,在光子甲上观测另一个光子乙,光子乙相对于甲的运行速度仍然为每秒30万公里。也就是说30万公里加30万公里等于30万公里,这是违背常理的,但物理学家通过观测证实了光速不变理论。这就发生了非常奇怪的现象,两个光子走的距离等于一个光子走的距离,于是高速运动的物体之间的距离长度会缩短,这就是尺缩效应。这种物理语言,只有少数几个物理学家能明白。虽然科学家非常伟大,但他创造的理论不应该神秘,更不会让普通大众读不懂。
对于光速不变原理,笔者斗胆用狭义的定义来重新分析一下上面的问题。不妨做个大胆的假设:如果我能够以每秒30万公里的速度追随其中一束光子,那么按常理来说,这束光子我应该看不见了,因为它相对我已经静止,这束光没有任何粒子能够进入我的眼睛被我感知,这个时候我应该断言这束“光”已经不再是以前所谓的光了。既然它已经不再是以前的光了,我们暂且把它与其它那些同样无法通过肉眼感知到的电磁波一样看待。既然这样,这时来好好审视一下我们的状态,是否这时的我们就应该是眼前一片黑暗?因为按常理是没有光量子进入眼睛的,可真的答案就这么简单吗?
对这个问题笔者个人认为,此时我同样是可以看到光的,但此光并非彼光。刚才我们已经假设了,先前的那道光由于我以光速在运动,已经消失了,因为它不能被我们感知了。可我们忽略了一个问题,既然有消失的光,就应该有新产生出来的光,而此时新产生出来的光,相对于我们的速度同样是30万公里每秒。这也就是笔者认为的光速不变原理的合理性所在。也就是说光速不变原理只对于观察者是有效的,对客观事物本身没有效力。
四、关于时空观问题
在相对论的宇宙观中,时间不再是绝对的,空间也不再是绝对的,历史也不再是唯一的。设想甲乙二人为同时出生的孪生兄弟,甲乘坐飞船A,乙乘坐飞船B,AB二船相互高速远离,后又相遇。试想,是甲比乙年轻,还是乙比甲年轻?根据爱因斯坦的相对论,如果以A船为参照,看作A船静止,B船运动,得出乙比甲年轻;如果以B船为参照,看作B船静止,A船运动,得出甲比乙年轻!但实际上甲和乙会与我们一块儿变老,不会年轻。这就是时空隧道——一种科学的童话,人类的梦想。现在科学的盲从和迷信让人分不出真假。因而,对科学必须进行哲学思考,让它不能偏离正确的方向,建立在更坚实的事实的基础之上。同时物理学不能背离逻辑,远离常识,成为少数人的符号语言,对普通人而言成为不可知的东西。科学是为人服务的,必须研究它的经济性、明晰性,否则它就会走向脱离大众的道路而遭拒绝。
五、结论
研读过爱因斯坦的相对论后,有人可能会想,如果相对运动的时钟不变慢就好了,那样以A船为参照所观察到的现象是甲和乙同样年轻,不仅在现象上相同,而以B船为参照所观察到的现象也是甲和乙同样年轻,不仅在现象上相同,而且在“时钟快慢与相对运动无关”这一规律上也一致,符合相对性原理。不幸的是“时钟快慢与相对运动无关”违反光速不变原理,回到了经典力学的绝对时空观。按照绝对时空观,时间空间独立存在,与里面有没有物体,物体如何以及物体如何运动都无关,而物体是被“放”在时空中的,这样必然推导出迎着一道光束运动的仪器测得的光速大于顺着这道光线运动的仪器测得的光速,这不符合试验事实。试验告诉我们光速不变。那么时间和空间就必须得变,时空不是独立于物体的存在,而是物质的广延,没有物质根本谈不到时空。
相对论否定了时空的绝对性,不变性,但确立了物理规律和真空中光速这两种东西是不变的,对任何参照系都一样,但它们都不是具体的事物,而是一些规律,因此不能作为所谓的宇宙本体。同时,相对论作为人们探索自然奥秘的强有力的理论武器,不仅为物理学的发展开辟了一个全新的方向,而且为现代科学技术的发展奠定了牢固的基础。因此,无论在科学真理上还是在哲学世界观与方法论上,无论在理论上还是在实践上,相对论都具有极其重要的意义。
参考文献:
[1]文兴吾.现代科学技术概论[M].成都:四川人民出版社,2007.
[2][美]阿尔伯特·爱因斯坦.相对论[M].重庆:重庆出版社,2007.
[3]王伯鲁.科学技术学教程[M].成都:西南交通大学出版社,2006.
[4]刘佑昌.狭义相对论百年风雨.物理与工程,2005:(2).
[5]陈兴旺.对相对论时空观的几点认识.池州师专学报,2005:(10).
[6]吴国林,孙显曜.物理学哲学导论[M].北京:人民出版社,2007.
[7]胡显章,曾国屏.科学技术概论[M].北京:高等教育出版社,2005.
[8]肖锋.科学认知的哲学探索[M].北京:人民出版社,2007.
[9]吴国盛.科学的历程[M].北京:北京大学出版社,2002.