愛因斯坦傳(26)_學達書庫

二六

　　這種觀點認為，時間在均勻地流逝，並且想像在宇宙中有一種「標準鐘」，人們可以從放在任意地方的這種時鐘上讀出「絕對時間」。後來，牛頓又談到了「絕對運動」，這是由「絕對空間」和「絕對時間」聯想到的。他給「絕對運動」下的定義，亦即「物體從一絕對地點轉移到另一絕對地點」。

　　絕對時間和絕對空間是牛頓力學的根基。然而，牛頓的絕對時間和絕對空間有明顯的毛病：既然絕對時間和絕對空間同任何外界事物沒有關係，那麼怎樣才能知道它們存在呢？這個問題，牛頓沒有辦法回答。他只能說，絕對時間和絕對空間是上帝的創造。後來，康德又把絕對時間和絕對空間說成是先驗的。先驗的意思就是先於經驗，人一生下來就有的。這樣，牛頓和康德把絕對時間和絕對空間捧上了先驗的王國，不許人對它們有懷疑。

　　不過，懷疑絕對時間和絕對空間的人還是有的。萊布尼茲就批判過絕對時間和絕對空間，但是沒有把它們批倒。到19世紀，馬赫又對牛頓的時空概念作了有力的批判，但還是沒有批倒。這是因為要改變時間和空間的概念，客觀條件還沒有成熟。建立在絕對時間和絕對空間基礎上的牛頓力學，200多年來，在解決宏觀低速現象的問題中，取得了無比輝煌的成功。直到20世紀初，在物理學中，牛頓巨大的身影仍然君臨一切，絕對時間和絕對空間的概念，在物理學家的心裡依舊是神聖不可侵犯的。要等到物理學的研究對象，從宏觀領域進入原子和電子的微觀領域，從低速領域進入光速和近光速的高速領域，以牛頓力學和麥克斯韋電磁場理論為基礎的經典物理學，才暴露出嚴重問題。

　　此外，實驗物理學也使人們對牛頓關於時空和運動的教條產生極大的懷疑。地球以每秒30公里的速度在其軌道上繞著太陽轉動。我們的太陽系以每秒20公里的速度在宇宙中飛馳。最後是我們的銀河系，它與其他遙遠的銀河系相比，以相當高的速度不停地在運動。那麼，要是光以太是靜止存在於「絕對空間」之中，並且天體穿過它運行，這種運動的結果對於光以太來說必然是顯著的，而且使用精密的光學儀器也一定能夠驗證「以太風」。

　　美國物理學家邁刻爾遜做了第一個實驗。他出生于波蘭，1881年曾在柏林和波斯坦做過亥姆霍茲的獎學金研究生。他的實驗由於實驗裝置不夠齊全，結果說服力不夠強。6年以後，邁刻爾遜在美國使用親自設計的高精度鏡式干涉儀，同莫勒合作重複了他以前的實驗。這台新式測試儀如此的精確，以致於儀器本身受「以太風」的影響都能清晰地顯示出來。但是這次實驗以及以後的多次反復實驗，都沒有看到那種現象。證明光速完全是恒定的、與光源和觀察者的運動無關。「邁刻爾遜實驗」是物理學史上最著名的實驗之一，也是相對論的基本實驗。愛因斯坦十分欽佩邁刻爾遜的實驗技巧。

　　邁刻爾遜的實驗得到的結果，是徹底否定了光以太的存在。一開始，人們還想使虛構的以太假說與光速恒定的事實一致起來，從而來「拯救」以太。1895年，荷蘭物理學家洛侖茲假定，快速運動物體在運動方向上會產生機構收縮（「洛倫茲收縮」），為的是用這種方法在機械世界觀範疇內把邁刻爾遜實驗結果跟光以太和絕對空間捏合起來。這種設想儘管十分巧妙，畢竟是人為假想，不僅明顯帶有目的性假說的性質，而且從長遠看來不會使理論物理學家滿意。

　　邁刻爾遜的實驗結果使理論物理學家陷入難以自拔的思維困境，又像是一個無法解開的死結，但它被年輕的愛因斯坦，以無畏的劍一下砍斷了。

　　愛因斯坦在學生時代就已經從《自然科學通俗讀本》深知光速的意義，從阿勞時期開始，一直在反復琢磨：倘若一個人以光速跟著光波跑，那將會看到什麼結果呢？聯想到麥克斯韋的電動力學和邁刻爾遜實驗的否定結果以及馬赫對牛頓力學基礎的批判，正是在這個早先的理想實驗中，相對論應運而生。在自傳中，愛因斯坦這樣記述著他的相對論的出發點：「這樣，人們搞清楚了物理學中某一事件與空間坐標的時間值的意義。」

　　對時間值的分析成為相對論研究的直接起點。愛因斯坦一開始就研究了同時性的概念。他的研究結果歸納如下：倘若有一種速度無限大的傳遞信號，那麼在科學上是十分重要的，據此可以建立起相距遙遠地方的兩個事件的絕對同時性。不過，由於作為最大信號速度的光速是有限的，並且對所有的觀察者而言又都是一樣的，因而「絕對同時」沒有什麼物理意義，也喪失了理論依據。

　　所有涉及到時間的判斷，往往是關於同時事件的判斷。因而，同時概念的相對性導致時間概念的相對性，這是邏輯的必然。絕對同時不存在了，那麼也不會再有絕對的、對所有參考系全都適用的相同時間。從而，每一參考系都有它自身的時間，即它的「參考系時間」。正如愛因斯坦後來發現的那樣，整個問題的關鍵在於虛空的空間中光速是恒定的。假使承認這一恒定性（這點已被邁刻爾遜實驗所證實），時間相對性就是不可避免的。

　　愛因斯坦的時間學說是嶄新的，在他以前還沒有一位物理學家或哲學家這樣徹底地研究過同時性，並且得出這樣深刻的結論。馬赫要求，把物理學中無法由經驗驗證的荒唐的因素全部加以取締。馬赫的這一要求，導致愛因斯坦取締牛頓「絕對時間」概念的想法。

　　由於時間和運動是彼此密切相連的，像馬克思就說過，時間是「運動在量值方面的表現」。所以時間概念的相對論化，使「絕對運動」概念也失去了立足之地。一個物體或一參考系的運動，只有在與另一物體或參考系相比較而存在，並在其對比中數值也是適宜的。不存在什麼「絕對運動」。愛因斯坦的「狹義相對論」認為，在相互作直線——非加速運動的所有參考系中，自然規律是同樣有效。在它們之間，時間和空間值可以用「洛侖茲變換」這一特別的等式進行換算。

　　1905年，愛因斯坦提出了相對論，他把作為光波載體的以太，從物理學世界中清除出去了。愛因斯坦認為，光以太原本只是物理學界的一個「幽靈」，他把獨立的物理實體——電磁場請出來，坐在以太的位置上，這也是嶄新的、勇敢的行動。儘管法國物理學家彭加勒在他之前就曾提過應該拋棄以太假說，但是他沒能把這種動議變成新的自然觀的基底。

　　「無以太物理學」乃是愛因斯坦思想的成果。

　　愛因斯坦在光的學說中引起的革命性進展，這種物理學中不存在以太的觀點，即使當時著名的物理學家也長時間接受不了。就連洛侖茲，這位在狹義相對論醞釀階段起過重要作用的科學家，直到1928年，還表示對光學現象沒有以太作載體不完全理解。

　　如今，先以太假說也像燃素學說中所謂在燃燒過程中從物質裡跑掉、名曰「火氣」的東西一樣，已經成為科學的史跡。它又像其他的科學假說那樣，在特定的時期內為研究工作服務，一旦完成使命，即被送進科學謬誤博物館裡去了。

　　拋棄光以太假說是一樁天才的破壞之作。在愛因斯坦取得的成就中，首先的建設工作是引進一個定律，即用C表示恒定的真空光速，把它納入各種自然常數之列，運用到物理學的基本規律中去。

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