在这一章,我们将继续讨论爱因斯坦和庞加莱的相对论原理,因为它影响了我们的物理观点以及人类思想的其他分支。

庞加莱做出了下面的论述:“根据相对论原理,不管是对一个固定的观测者,还是对一个相对自身有着匀速直线运动的观测者,物理现象的定律一定是相同的,所以我们不可能做出判断,我们是否伴随着这样的运动。”

当这个观点问世时,它在哲学家群体中造成轰动,尤其是“鸡尾酒派对的哲学家”,他们说,“这很简单:爱因斯坦的理论是说一切都是相对的。”实际上,非常多的哲学家,不仅仅是那些在鸡尾酒派对上的(我们姑且称他们为“鸡尾酒派对的哲学家”),他们会说,“所有都是相对的,是爱因斯坦的一条结论,它极大的影响了我们的观点。”此外,他们还说,“在物理中,它被阐释为现象取决于你的参照系。”我们听了很多次,但是很难理解它是什么意思。或许参照系最初指的是坐标系,我们在相对论理论的分析中使用的。所以这个事实,“事情取决于你的参照系”,会对现代的思想造成很大的影响。有人或许会好奇为什么,因为,在这之后,那些东西取决于某人的视角,就变成了一个很简单的观点,根本无需再涉及任何相对论理论的麻烦,就能发现它。在旁边走路的人都知道某人所看到的取决于他的参照系,因为他首先会从前面看到朝他走来的人,然后再从后面观察他;相比于这条论述,“从前面看一个人与从后面看他是不同的。”那些自称脱胎于相对论的大部分哲学思想毫无长进。盲人摸象的故事是另一个示例,或许,哲学家们眼中的相对论就是这样的吧。

但是,在相对论中肯定有更深层次的东西,相比于这条简单的描述,“从前面看一个人与从后面看他是不同的。”相对论肯定是更加深奥的,因为我们可以用它做出确定的预测。如果我们可以从这么一个简单的单独观测中预测出自然的行为,毫无疑问是非常了不起的。

在另一个学院的哲学家们,感到非常的不自在,对于相对论理论断言的,如果不看外面的东西就无法确定绝对速度,他们会说,“这不明摆着的嘛,不看外面,当然无法测量他的速度。它是自洽的,不看外面,讨论一个东西的速度,毫无意义;物理学家有着不同的思考,真的很愚蠢,但是很显然,他们正是这样。如果只有我们哲学家意识到了物理学家的问题,我们可以立马用自己的大脑判断出,不看外面是不可能知道一个东西移动的有多快的,我们可以为物理做出巨大的贡献。”这些哲学家总是在我们周围,他们总是纠结于无关紧要的地方,他们从来都不会理解问题的微妙之处以及更加深入的东西。

我们没有能力检测出绝对运动,是实验的一个结果,而不是纯靠想出来的,我们可以很容易论证。首先,牛顿相信没有人可以说出一个人移动的有多快,如果他沿着一条直线在做匀速运动。实际上,是牛顿第一个提出了相对论,在上一章节引用的就是他的一条论述。为什么哲学家们没有群情激愤,对这个观点,“一切都是相对的”,或者说,是在牛顿的时代。那是因为电磁学的麦克斯韦理论还未开发出来,有些物理定律认为一个人可以测量他的速度,不需要看外面;很快经由实验发现,这是不可能的。

一个人不看外面,是无法知道他移动的有多快的,这是必然的吗?在哲学的演进中,有一条相对论的结论,它说,“你只能定义你可以测量的!因为它是自洽的,一个人看不到他所相对测量的,就没法测量速度,因此很明显,绝对速度毫无意义。物理学家应该意识到,他们只能谈论他们可以测量的。”但是那就是问题之所在:一个人能否检测出绝对速度,与他在一个实验中能否检测出他在移动,如果不看外面,是一样的。换言之,一个东西是否是可测量的,不是由单独的思考决定的,而是由实验决定的。给定这个事实,光的速度是 $186,000 mi/sec$ ,几乎没有哲学家可以平静地阐述,它是自洽的,如果光在一辆汽车内部以 $186,000 mi/sec$ 移动,同时汽车以 $100,000 mi/sec$ 移动,那么光也会以 $186,000 mi/sec$ 掠过地面上的观测者。对他们来讲,这毫无疑问是莫大的冲击,澄清它的人可以显而易见地发现,当把事实摆在他们面前,他们并不理解。

最后,还有甚者,说一个人无法检测任何运动,除非他能看到外面。在物理中自然是不对的。没有人能意识到自身处在沿着一条直线的匀速运动中,但是如果整个房间都在转动,我们当然知道——因为所有人都会被甩到墙上,有各种“离心”的效果。地球绕着它的轴转动,不用看天上的星星,也可以确定,比如,通过傅科摆。因此“一切都是相对的”是不对的,仅有匀速无法被检测到。绕着一个固定轴匀速转动可以被检测到。当把这个告诉一个哲学家,他会非常生气,他根本没法理解,因为对他来说,一个人不用看外面,就能够确定是否在绕着一个轴转动,是天方夜谭。如果这个哲学家足够聪明,过了一些时间之后,他或许会回来,说,“我理解了。我们根本没有绝对旋转这档子事儿,我们实际上是在相对恒星转动。由恒星施加在物体上的某些影响必然导致了离心力。”

现在,据我们所知,这是对的;目前来说,我们没法告知,如果周围没有恒星和星云的话,是否会存在离心力。我们无法做实验,移除所有的星云,再去测量我们的旋转,我们只是不知道罢了。我们必须承认哲学家或许是对的。他回来,愉悦地说道,“这个世界最后一定是这样的:绝对旋转没有意义;它仅相对于星云。”然后,我们跟他讲,“相对于星云,沿着一条直线的恒定速度不会在汽车内部造成效果,这是否是显而易见的?”现在,这个运动不再是绝对的,而是一个相对星云的运动,它变成了一个迷,只能通过实验解答。

相对论理论的哲学影响是什么?如果我们把自己限定在影响上,即:对于物理学家,有哪些类型的新观点和建议是由相对论原理得出的,我们可以列出下面几点。首先,最重要的,即使那些在很长一段时间里被准确无误地验证过的观点,有可能是错的。这无疑是令人震惊的发现,在那些被认为是毫无偏差的年份之后,牛顿定律是错的。很明显,不仅实验是错的,它们是在受限的一个速度区间内做的,非常细微,相对效果并不明显。然而,现在我们有了很多谦虚的看法——一切都可以是错的!

其次,如果我们有一组“奇怪”的观点,比如,当某人在移动时,时间会变慢,等等,不管我们是否会喜欢它们,这都是一个不相关的问题。相关的问题是这些观点是否与实验所发现的相一致。换言之,这些“奇怪的观点”只需要与实验相吻合,那么我们所讨论的时钟行为以及其他等原因就能被描述为,虽然时间变缓的概念很奇怪,但是它与我们测量时间的方式一致。

最后,第三个建议,要点儿技术,但被证明,对我们学习其他的物理定律,有莫大的帮助,那就是去看定律的对称性,更确切地说,是去看定律的转换方式,最后会保持一致。当我们谈论向量理论时,我们注意到在我们转动坐标系时,运动的基础定律不会改变,现在我们了解到,在以特定的方式改变时空变量时,它们不会改变,由洛伦兹变换得到。所以,根据基础定律不会改变,学习这些模式或者操作,这样的想法被证明非常的有用。