理解相对论时空

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2003/11/17

时空与现象

时空是现象展开的舞台,没有时空概念的内含,日常语言将面临枯竭。在感觉甚至意识中,很难有确定的时空性质,在想象中并没有客观一致的时空性质。时空是现象界特有或俱来的性质,或说现象就是时空,时空就是现象。没有时空的舞台,现象将失去区别而不成为现象;没有现象,时空将失去存在的意义。抛开现象而谈时空的存在,我们认为是没有意义的,恰恰在有些精神领域不应想象还有个常识时空的存在。时空不是无条件充满一切绝对的存在,它只是现象的同义语,是现象的另一种说法。用逻辑的观点,空间就是外在的并列,或说是诸现象外在否定之后具象的联系;时间就是否定,是现象的自我否定,否定的动力来自内在,否定的现象可以用抽象的时间概念外在联系的描述。现象逻辑的展开不能缺少这些先予给定的要素,逻辑的本质也是经验的总结。

常识性时空观念

在一般观念中,认为时间、空间可以各自独立的存在,不依赖任何事物绝对无条件的独立存在,任何事物也影响不了、改变不了它。认为宇宙间只有一个统一的时间、统一的空间,绝对地充满一切、统一一切,是一切的步调和秩序。经典物理还认为时间是均匀地流逝,空间均匀地分布。

光速不变

光是一种很神秘的东西,哪怕让它搭上高速飞船,也不能提高它一丁点儿速度。光速不变,不能再叠加上飞船的速度,无论你是坐等光的到来,还是飞跑去迎接,光总是那么快的到达,这与一般物体运动的速度叠加原理相违背,令人难于理解。物理实验证实光速不变没错,那么,我们理解也好不理解也好暂且承认这样的事实。回过头来想,假如光速是可以变来变去的,可以速度叠加,那么宇宙中也就有慢如老牛的光了,谁见过这么慢的光,那还叫光吗?成语说的好,快如闪电,光始终是那么快。

相对论导出

爱因斯坦认为光速不变没错,并且光的速度与一般物体运动速度没有本质的区别,都是通过观察而测得的速度,速度性质是一样的,所以必须遵守同样的运动方程。而牛顿运动方程根本就没有给光速以特殊照顾,不会体现光速不变的,那么,牛顿运动方程错了。牛顿运动方程必须予以修改,所以爱因斯坦最终导出了狭义相对论运动方程。

相对论时空

在相对论运动方程中,时间会随着运动速度而膨胀,空间会随着运动速度而收缩,时空不再是绝对无条件地均匀了,时间、空间不再是绝对超然于外的均匀不受运动事件而影响的了,仿佛时空标度会随着运动事件而起变化。在相对论的闵可夫斯基表述中,方程非常简单优美,形式酷似直角三角形的勾股定律,时间和空间恰似两条直角边,而“事件间隔”构成斜边,这样,时间和空间就有机紧密地联系起来。这样的形式就可以看作“事件间隔”可以由分解的互为正交的时间和空间两个投影来联合确定,或许时间、空间真的就是事件的投影,象投影一样的不可捉摸。

时间膨胀

运动会引起时间缩短,仿佛运动者的时间标度膨胀了,也就似乎意味着高速运动者可以变得年轻。如果承认变年轻,那就会导致一个悖论:因为运动是相对的,无论静止者还是运动者,其实是可以互为运动者,那到底谁比谁年轻啊?运动引起时间缩短是物理真实的,不是看起来如此;运动者的时间标度膨胀的说法是不妥当的,那不是物理事件级的真实,但是看起来确实如此。运动者并不会变年轻,但相遇的时间确实缩短了。那么这个时间缩短到底是怎么回事?这是对认为时间绝对超然于外、均匀的存在,对这样的根深蒂固的观念的一个毁灭性的打击。两者互为静止时,说多长时间相遇没有意义;当一方运动过来的时侯,并且运动速度确定,这时候相遇就有了意义,就可以计算了。按牛顿的时空均匀线性算法和相对论算法,就有了一个差值,相对论算出来的相遇所需时间要短,所以说时间缩短了,并且相对论算出来的结果是正确的。时间差值是顽固的常识观念和物理真实之差,所以就消失的无影无踪。由此,我们不得不再一次梳理我们的时空观念。

事件真实

在物理中,爱因斯坦提出应以事件为物理真实,时间、空间是从属于事件的,就是说其没有自己绝对超然于事件之外的真实存在。没有发生的事件序列的间隔就没有时间和空间的意义,更不用说有这样东西的超然独存。过去的人们从时间和空间衍生出时刻和位置的东西,仿佛这些是超然独存的,这样的观念是错误的,离开事件序列,其没有独存的道理。没有一个统一的时间空间统治一切,而是应该说各组运动事件各有从属于自己的时空量度属性,随着事件之间运动关系的变化,时空也应相应变化。时间和空间是“事件间隔”的投影,是其肢解,单独的时间间隔、单独的空间间隔是没有意义的,无法还原“事件间隔”;只有时空间隔的联合才能真实确定或反映物理事件间隔。物理事件间隔是客观的,是物理真实,而分解的时间、空间,单独拿出来考察就失去了物理真实。事件是指物理事件,不是指心理事件。物理事件为何具有客观性,用佛法说可以很简单:色法(物质)是大家的共识,不是某个人或少数人的东西。由于物理事件间隔是限于物质事件,所以具有很大程度的普适客观性,几乎是被决定的,可以定量预测。

超距作用

爱因斯坦认为光速是宇宙的极限速度,因而是因果联系的极限,没有什么东西可以突破,而量子实验证实存在“超距作用”,突破了光速极限原则,这样,相对论成立的基石似乎松动了。于是,爱因斯坦与玻尔之间发生了著名的量子之争,今天,这场论战的硝烟还远未结束。笔者不懂的是,量子超距作用并不与相对论矛盾,是完全可以给出不矛盾的解释的。“超距实验”是指同源发出的两个“光子”,一个跑到东海,一个跑到西域;东海的“光子”碰壁了,西域的“光子”即刻会喊疼痛,这就是“超距作用”了。一般认为东海光子的碰壁信息是通过某种信使迅速跑到西域告诉西域的光子的,因而这种信使速度之快突破了光速极限,是与相对论的立足基石相违背的。其实,这都是常识的观念,按佛法的观点:联系必须是内部的或说同体的,两个不同体的东西永远无法联系。所以,我们认为同源的光的内部世界是连在一体的,并没有从外面看起来的遥远距离;其信息联系是内部的,是即刻的,不受光速极限原则的限制,因而超距作用是可能的。用相对论公式可以得出,同源的光无论从外面看来相隔多么遥远,其本征尺度(可以看作光的内部世界距离)为零,本征时间(可以看作光的内部时间)为零,这恰好说明了光的内部没有时间距离这样的东西,是紧密联系在一起的,因而联系是即刻的。这样利用内部世界的观点,我们合理地解决了常识观念看待相对论和量子超距作用的矛盾。


本贴由hu-ou于2003年11月17日18:37:23在乐趣园慈氏学论坛〗发表.


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