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第6章 空间和时间1（第3页）

特别是当地球在它围绕太阳的轨道穿过以太时，在地球通过以太运动的方向测量的光速（当我们对光源运动时）应该大于在与运动垂直方向测量的光速（当我们不对光源运动时）。

1887年，阿尔伯特·迈克耳孙（他后来成为美国第一位诺贝尔物理学奖获得者）和爱德华·莫雷在克里夫兰的凯思应用科学学校进行了一个非常仔细的实验。

他们将沿地球运动方向以及垂直于此方向的光速进行比较。

使他们大为惊奇的是，他们发现这两个光速完全一样！

在1887年至1905年之间，最著名者为荷兰物理学家亨得利克·洛伦兹做出的。

然而，一位迄至当时还默默无名的瑞士专利局的职员阿尔伯特·爱因斯坦，在1905年的一篇著名的论文中指出，只要人们愿意抛弃绝对时间观念的话，整个以太的观念则是多余的。

几个星期之后，法国第一流的数学家亨利·庞加莱也提出类似的观点。

爱因斯坦的论证比庞加莱的论证更接近物理，后者将其考虑为数学问题。

通常这个新理论归功于爱因斯坦，但人们不会忘记庞加莱的名字在其中起了重要的作用。

这个被称为相对论的基本假设是，不管观察者以任何速度作自由运动，相对于他们而言，科学定律都应该是一样的。

这对于牛顿的运动定律当然是对的，但是现在这个观念被扩展到包括麦克斯韦理论和光速：不管观察者运动多快，他们应测量到一样的光速。

这简单的观念有一些非凡的结论。

可能最著名者莫过于质量和能量的等价，这可用爱因斯坦著名的方程E=mc2来表达（E是能量，m是质量，c是光速），以及没有任何东西可能行进得比光还快的定律。

由于能量和质量的等价，物体由于它的运动具有的能量应该加到它的质量上去。

换言之，要加速它将更为困难。

这个效应只有当物体以接近于光速的速度运动时才有实际的意义。

例如，以10%光速运动的物体的质量只比原先增加了0.5%，而以90%光速运动的物体，其质量变得比正常质量的2倍还多。

当一个物体接近光速时，它的质量上升得越来越快，这样它需要越来越多的能量才能进一步加速上去。

实际上它永远不可能达到光速，因为那时质量会变成无限大，而根据质量能量等价原理，这就需要无限大的能量才能做到。

由于这个原因，相对论限制了物体运动的速度：任何正常的物体永远以低于光速的速度运动，只有光或其他没有内禀质量的波才能以光速运动。

相对论的一个同等非凡的推论是，它变革了我们空间和时间的观念。

在牛顿理论中，如果有一光脉冲从一处发到另一处，（由于时间是绝对的）不同的观测者对这个行程所花的时间不会有异议，但是（因为空间不是绝对的）他们在光行进的距离上不会总取得一致的意见。

由于光速正是它行进过的距离除以花费的时间，不同的观察者就测量到不同的光速。

另一方面，在相对论中，所有的观察者必须在光以多快速度行进上取得一致意见。

然而，在光行进过多远的距离上，他们仍然不能取得一致意见。

因此，现在他们对光要花费多少时间上应该也不会取得一致意见。

（花费的时间正是用光速——对这一点所有的观察者都意见一致——去除光行进过的距离——对这一点他们意见不一致。

）换言之，相对论终结了绝对时间的观念！

看来每个观察者都一定有他自己的时间测度，这是用他自己所携带的钟记录的，而不同观察者携带的同样的钟的读数不必要一致。

每个观察者都可以利用雷达发出光或射电波脉冲来说明一个事件在何处何时发生。

一部分脉冲在事件反射回来后，观察者可在他接收到回波时测量时间。

事件的时间可认为是脉冲被发出和反射被接收的两个时刻的中点：而事件的距离可取这来回行程时间的一半乘以光速（在这个意义上，一个事件是发生在空间的单独一点以及指定时间的一点的某件事）。

这个思想被显示在上。

利用这个步骤，作相互运动的观察者对同一事件可赋予不同的时间和位置。

没有一个特别的观察者的测量比任何其他人的更正确，但是所有这些测量都是相关的。

只要一个观察者知道其他人的相对速度，他就能准确算出其他人会赋予同一事件的时间和位置。