愛因斯坦(8)_學達書庫

八

　　當愛因斯坦第一次思考光的參照系並以怎樣的速度傳播時，他只有16歲。那時愛因斯坦還在阿勞，後來在蘇黎世，在創立相對論10年之前，他就力圖更直觀地設想一個參照系的運動，想像地描述同某個物體一起運動的、固定在這個物體上的量杆，還有時鐘。量杆和時鐘能夠測量每個物體在每一瞬間的位置並確定它的速度。這樣，愛因斯坦把參照系作為實在物體的形式來描述，固定於其上的有坐標原點、無限長的坐標軸和許多要多長有多長的杆。於是，任何一個物體，無論它在給定瞬間位於何處，它的位置都同量杆上的某個標誌相契合，也就是具有一定的坐標，具有借助杆的幫助的「給定瞬間」。為了不把對該參照系的測量和其他測量混淆起來，愛因斯坦設想有一個人和系統一起運動，並且看不見任何其他的系統，他觀察到的僅僅是物體是否同該參照系上的量杆上的標誌相契合。幾乎在所有的相對論解釋中都提到這個「觀察者」，但似乎沒有他也行。「觀察者」決不影響相對論的客觀意義，他系在空間中飛行的量杆上，並且能夠借助這些無限多和無限長的杆同時測量物體的位置。這個形象可以被不太精確的乘客形象所代替，這個乘客坐在掛上窗簾的車廂裡或船艙裡。

　　設想有一艘船，它航行的速度與海面上波浪的速度是相同的。對於船上的「觀察者」來說，也就是對一個能夠測量船速的人來說，波浪顯然是靜止不動的，如果不看天空、海岸，「觀察者」看到的海面好象是凝固不動的，他無論如何都不知道波浪在運動——因為波浪相對於船是靜止的。「觀察者」的這種主觀印象只不過是有條件地表現一個客觀事實：波浪對於固定在船上的參照系實際上是靜止的。

　　愛因斯坦感興趣的問題是，波對於船是否仍然保持靜止，假如這不是水面上的波浪，而是電磁波即光的話。愛因斯坦理論的結論接近古典相對性原理，使它易於被人把握，並且賦予這一理論驚人的可靠性。

　　愛因斯坦的理論得出了洛侖茲的結論，對邁克爾遜實驗結果有了解釋。在這方面，愛因斯坦的理論合乎「外部證實」和「內在完備」的公式。當新的十分反常的事實——光速在邁克爾遜干涉儀中守恆並要求作出某種解釋的時候，洛侖茲提出了一種觀點，它和這一事實相一致，也和從前已知的各種事實相一致，但不是單一地和自然地從更普遍的原理中得出來的。

　　愛因斯坦則是從改造全部世界圖像中推導出的解釋，而世界圖像又是新的時空觀，即從更深刻、更普遍和更具體的說明已知科學事實的全部總和中得出來的。

　　因此，使「外部證實」和「內在完備」相結合理論就完成了「逃避奇跡。」

　　愛因斯坦的初始思想就是用經驗檢驗邏輯結構的必要性。概念不可能先驗地符合實際，概念應當得出可以同經驗相對照的結果。絕對運動經不住這種考驗。

　　因此，相對論的全部結論不是從專門提出的假定中得出來的，而是從普遍原理中自然地推導出來的。愛因斯坦寫道：「除此之外，相對論的另一個特點是它的認識論觀點，物理學中沒有任何概念是先驗地必然的，或者是先驗地正確的。決定一個概念的生存權的，是它同現象、同物理經驗是否有清晰的和單一的聯繫。」

　　當空間和時間互不依賴的觀念被四維空間—時間的「世界」代替的時候，這就完成了從牛頓力學向另一種同類型的力學的過渡。和牛頓力學相比，具有更多的「內在的完備」和「外部的證實」，更接近於「古典理想」。

　　愛因斯坦從相對論的基本前提出發，推導出了新的速度合成定理，根據愛因斯坦速度合成定理可以得出，在每一個參照系中給定物體的速度都不可能大於光速。讓物體以某一速度運動，然後再附加一個推動力，在原有速度上將增加一個新的速度，根據新的速度合成定理可以得出，這時物體的速度不可能超過光速，物體的速度越接近光速，附加的推動力使物體增加速度的作用將越來越小。關於光速極限性質的論斷是從普遍的假設和具體的觀察中自然地得出來的，而愛因斯坦認為它是完全可靠的。因此，他非常猛烈地抨擊過一種光速有限的通俗解釋，更別說什麼還有超光速的運動。

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