第3部分(3 / 4)

小說:時間簡史 作者:誰與爭瘋

都是一致的——去除光所走的距離——這一點對他們來說是不一致的。)總之,相對論終結了絕對時間的觀念!這樣,每個觀察者都有以自己所攜帶的鐘測量的時間,而不同觀察者攜帶的同樣的鐘的讀數不必要一致。

圖2。1時間用垂直座標測量,離開觀察者的距離用水平座標測量。觀察者在空間和時間裡的途徑用左邊的垂線表示。到事件去和從事件來的光線的途徑用對角線表示。

每個觀察者都可以用雷達去發出光脈衝或無線電波來測定一個事件在何處何時發生。脈衝的一部分由事件反射回來後,觀察者可在他接收到回波時測量時間。事件的時間可認為是發出脈衝和脈衝反射回來被接收的兩個時刻的中點;而事件的距離可取這來回過程時間的一半乘以光速。(在這意義上,一個事件是發生在指定空間的一點以及指定時間的一點的某件事。)這個意思已顯示在圖2。1上。這是空間——時間圖的一個例子。利用這個步驟,作相互運動的觀察者對同一事件可賦予不同的時間和位置。沒有一個特別的觀察者的測量比任何其他人更正確,但所有這些測量都是相關的。只要一個觀察者知道其他人的相對速度,他就能準確算出其他人該賦予同一事件的時間和位置。

現在我們正是用這種方法來準確地測量距離,因為我們可以比測量長度更為準確地測量時間。實際上,米是被定義為光在以鉑原子鐘測量的O。

3335640952秒內走過的距離(取這個特別的數字的原因是,因為它對應於歷史上的米的定義——按照儲存在巴黎的特定鉑棒上的兩個刻度之間的距離)。同樣,我們可以用叫做光秒的更方便更新的長度單位,這就是簡單地定義為光在一秒走過的距離。現在,我們在相對論中按照時間和光速來定義距離,這樣每個觀察者都自動地測量出同樣的光速(按照定義為每0。

3335640952秒之1米)。沒有必要引入以太的觀念,正如麥克爾遜——莫雷實驗顯示的那樣,以太的存在是無論如何檢測不到的。然而,相對論迫使我們從根本上改變了對時間和空間的觀念。我們必須接受的觀念是:時間不能完全脫離和獨立於空間,而必須和空間結合在一起形成所謂的空間——時間的客體。

我們通常的經驗是可以用三個數或座標去描述空間中的一點的位置。譬如,人們可以說屋子裡的一點是離開一堵牆7英尺,離開另一堵牆3英尺,並且比地面高5英尺。人們也可以用一定的緯度、經度和海拔來指定該點。人們可以自由地選用任何三個合適的座標,雖然它們只在有限的範圍內有效。人們不是按照在倫敦皮卡迪裡圓環以北和以西多少英哩以及高於海平面多少英尺來指明月亮的位置,而是用離開太陽、離開行星軌道面的距離以及月亮與太陽的連線和太陽與臨近的一個恆星——例如α-半人馬座——連線之夾角來描述之。甚至這些座標對於描寫太陽在我們星系中的位置,或我們星系在區域性星系群中的位置也沒有太多用處。事實上,人們可以用一族互相交迭的座標碎片來描寫整個宇宙。在每一碎片中,人們可用不同的三個座標的集合來指明點的位置。

圖2。2

一個事件是發生於特定時刻和空間中特定的一點的某種東西。這樣,人們可以用四個數或座標來確定它,並且座標系的選擇是任意的;人們可以用任何定義好的空間座標和一個任意的時間測量。在相對論中,時間和空間座標沒有真正的差別,猶如任何兩個空間座標沒有真正的差別一樣。譬如可以選擇一族新的座標,使得第一個空間座標是舊的第一和第二空間座標的組合。例如,測量地球上一點位置不用在倫敦皮卡迪裡圓環以北和以西的哩數,而是用在它的東北和西北的哩數。類似地,人們在相對論中可以用新的時間座標,它是舊的時間(以秒作單位)加上往北離開皮卡迪裡的距離(以光秒為單位)。

圖2。3

將一個事件的四座標作為在所謂的空間——時間的四維空間中指定其位置的手段經常是有助的。對我來說,摹想三維空間已經足夠困難!然而很容易畫出二維空間圖,例如地球的表面。(地球的表面是兩維的,因為它上面的點的位置可以用兩個座標,例如緯度和經度來確定。)通常我將使用二維圖,向上增加的方向是時間,水平方向是其中的一個空間座標。不管另外兩個空間座標,或者有時用透視法將其中一個表示出來。(這些被稱為空間——時間圖,如圖2。1所示。)例如,在圖2。2中時間是向上的,並以年作單位,而沿著從太陽到α—半人馬座連線的距離在水平方向上以英哩來測量。太陽和

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