相对论的另类意义

相对论的另类意义

 向明

相对而言，青少年乐观激情，属理想主义者，中老年悲观沉思，属怀疑主义者。只是，人的心态随着生理年龄变化而变化的事实，似乎不够说明问题。凭本人对爱因斯坦相对论的“皮毛”知识，我觉得，若能了解些相对论的理论，从此以后，不管是青少年，还是中老年人，看太阳、月亮或星星时，多半会变得严肃认真、爱思考起来。

当然，以文字解说爱因斯坦的相对论绝对困难。在此，我只想做些“照抄照搬”式的介绍。相对论有狭义和广义之分，狭义相对论原理于1905年首次提出，最著名的当属一个质能关系式“E＝mc²”和“两个佯谬”。“E＝mc²”，即能量等于质量乘速度的平方，原子弹爆炸的核裂变原理即与此相关；“两个佯谬”一是“尺缩现象”：快速运动着的一把尺子跟它静止状态相比，在运动方向上长度缩短了；二是“时间变慢现象”：快速运动的参考系中的钟与静止参考系中的钟相比，它走得慢了。

从相对论问世至今，影响人们接受“两个佯谬”的困难在于，除了实验上的障碍，还有观念上的原因。“两个佯谬”中的快速运动，是指接近光速（每秒30万公里）的运动。如今，只有欧美个别国家或几国合作的大型加速器的物理模拟实验方能办到。至于大家的日常经验，别说是接近光速，即使乘坐超音速的协和飞机，也不是随便享用的，何况它已停飞了。

在当年读书的课堂上，老师讲到“光速是不可逾越”，就有同学举手发言，爱因斯坦错了！因为思维的速度就比光速快。不到1秒钟时间，他便回想起儿时放牛的情形。据说，那老师在深圳特区成立不久即抛弃了物理学，也不再教书，而是到香港经商，可见，他的思维速度也一点不慢。

几乎所有人都有这样的看法，被誉为二十世纪最伟大物理学成就之一的相对论，它高深莫测，非凡人所能理解。我猜想，相对论之所以难懂，与牛顿的传统力学深入人心有关。它类似于1+1=2问题，地球人都知道。可是，一加一为何等于二？只有陈景润等基础数学家关心，一般人不会留意的。同理，面对每天每时生活其中的三维空间，（长、宽、高），爱因斯坦却告诉我们，还存在一个与时间有关的“相对时空”，自然会让人有些费解。

让人费解的更有广义相对论的“宇宙观念”。爱因斯坦在“广义相对论续”中写道：“从相对论的观点来看，假设一个闭合宇宙比假设宇宙的准欧几里得结构在无穷远处的相应边界条件，要简单得多。”（据普林斯顿科学文库之爱因斯坦“广义相对论续”论文）。同时，爱因斯坦曾经应用数学公式描述过宇宙模型。简言之，它被想象为无限延伸的四维圆柱，空间是具有恒定正曲率的三维球体（黎曼式的），时间则是沿着圆柱延伸。所以，爱因斯坦的宇宙在空间上是有限的。（参见，莫斯杰巴宁柯所著《宏观世界巨大世界和微观世界的空间和时间》一书）

遗憾的是，人类的科学事业发展到21世纪的今天，这“有限的”宇宙依然“无边无际”似的，叫人如何不着急？不思索？不怀疑？美国的一项调查显示，在儿童中间，崇拜爱因斯坦的比例高达90%。这些儿童是否了解相对论值得怀疑，但儿童的思维往往是“开放式”的。比如，我儿子看过《星战前传2》的碟片，就大为惊叹：阿纳金的飞船，忒棒！可以从这太阳系飞到那太阳系。我一听也是，自己刚步入中年，怎么就给“封闭的宇宙”，整得有些忧心忡忡了呢？