進入相對論

愛因斯坦於1905年發表狹義相對論並於1916年發表廣義相對論,此理論包容了16世紀牛頓的時空分開的絕對觀念,而時空的絕對觀念只是相對論中的特別情況下的結果,並在許多証據上顯示相對效應修正了絕對關念的錯誤。因此有太多的報導、文章都在解釋相對論後的哲學意義,大多數人並不能實際了解怎麼會有如此結果?要大眾都了解相對論是不實際的,但身為科學成員要了解相對論入門其實不難,因此我插了一腿。

相對論的結果是在說你錶上的一秒時間長短並不一定等於別人錶上的一秒時間長短,並可算出其差異,而使「一日不見如隔三秋、千年如一日…等」變為可能。本文就是在建立「時間不是絕對的」的入門觀念,但也不用耽心因此而世界大亂,因為我們現在的速度運動能力尚未到達光速(3x108m/s)的能力,其至連1/100都未有,影響極微,也就是說你錶上的一秒時間長短極相近於別人錶上的一秒時間長短。若我們能盡快達到近光速的能力,或許是人類逃出地球死亡(指流星撞地球或被太陽吞噬等)的開始。

為使大家快速的進入相對論,在推論前,相對論假設光速c為常數值,此一假設經觀測星光干涉而被証實,就不多述了。今有A、B二人各有各的手錶時間t、t’,A在車上向上發射一光碰上車頂鏡返回,車高h,A在車上的實驗是相對靜止的,所用的時間是t=2h/c。車以v速度向右行駛,『同時』B看A的實驗是不一樣的,而是一折線,長度是2h’,所用的時間是t’=2h’/c,如下圖:

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你可看出2h’>2h,c是常數,所以t’>t,這表示有相對速度運動的時間t’長於無相對速度運動的時間t,此對在絕對時間觀念下文字『同時』的定義則產生不一致,至今仍有用詞不邏輯的矛盾,對此愛因斯坦曾回答說「別傷腦筋,我的理論是數學理論非邏輯理論」。理論的算式只要由畢氏定理(h’)2=(vt’/2)2+(h)2可導出t’=t/(1-v2/c2)1/2結果,可精算出差異值。有人說坐飛機或活動的人會長壽,據此就可算出長多少壽?結果可能有些令你失望,但多少有那麼一點意思了。入門於此已証明在相對速度運動下的時間是擴增的(時間不是絕對的),另在度量長度的減縮(空間不是絕對的)、質量隨速度增大(質量不是絕對的)等,請看一些狹義相對論的書,要深入了解相對加速度,重力只是時空的最短地形(geodesic)等,要看廣義相對論的書,主要是對宇宙時空內的物理現象以數學模型表示。

相對論對人類思維確實有極大指導,大部份人都以自己主觀認知客觀的價值就應該是別人的認知,而主觀不同就容易有衝突。如果了解每人本都有不同的觀察背景就會有不同的看法,或許就有不衝突的紙筆解決辦法,直到客觀真理浮現。這文明的過程可能並不輕鬆,例如愛因斯坦自發表狹義相對論後,曾9次提名諾貝爾獎,16年後於1921並非以相對論得獎,1955仙逝。想來實在有人虧欠他太多,是否還很噁嘔呢?