有一个将军过桥。桥上设有特殊设置,将军每前进一步,都会触动机关,他的脚印不但是会留在桥面上,而且还会被即时复制,复制的那些脚印会即时落到桥下,在河面上随水漂浮。将军就这样过了桥。
现在问,要求这位将军刚才过桥时走过的实际距离,是测量桥面上他留下的脚印的连线的长度,还是测量水面上他那些复制的脚印的连线的长度?简略言之,他走了AB那么长,还是BC那么长?
或曰:这不是废话吗,答案自然是将军所走的距离是AB。谁会认为将军所走的距离是BC?
但是且慢,还真就有人会认为将军所走的距离是BC。
例如大名鼎鼎的爱因斯坦,就极有可能认为将军所走的距离是BC。
在一个著名的幻想实验中,爱因斯坦曾打造一款诡异的“光钟”。他在火车的车厢底部和顶棚各置镜子一面,然后让一束光从底部上行到顶棚,光到顶棚被镜子反射回底部的镜子,如是反复。这样一反复,计为一“嘀嗒”,光钟就做成了。
但这是火车静止呢,一旦火车开动起来,问题就来了。为讨论方便,假设火车在匀速直线行驶。这时在站台上的人看来,原先垂直上升的光变成了斜线上升到顶棚的镜子,光反射回来到底部的镜子也是走的斜线。
本来,运动的火车上光钟的光线变成了斜线也不是啥问题,但爱因斯坦却认为问题大了去。他认为此时的光钟需要更长一点时间来完成一次“嘀嗒”,因为它要走稍微远一点的距离。既然光的速度是不变的,是固定的,距离却变长了,那么,要维持速度、距离、时间三者固有的关系式,就只好委屈时间了,于是乎一个重要的结论出现了:在运动的火车上,时间会变慢。
据计算,这种时间变慢的效应是非常可观的,假如火车以光速的90%飞奔,那么,对于坐在月台上的人来说,移动中的钟将以不到月台上的钟一半的速度走着。
这个幻想光钟实验,被解读为是对相对论的一个有力支撑。
可惜,当我们回到本文开头的将军过桥就能明白,爱因斯坦光钟实验的传统解读是不成立的。
诚然,在运动的火车上,光的轨迹是斜线,但是,这些斜线却并不是光走过的实际距离,因为,在整个过程里,光的脚印是随时产生随时被移动了位置!它们通通被行驶的火车拉走了!
这就像将军过桥实验中,将军的脚印是被随时产生随时被河水冲远了一样。
我们不能将被河水冲远的将军的那串脚印视为将军实际走过的距离。同理,我们也不能将被火车拉走的那串光的脚印视为光实际走过的距离 。
斜线的本质是光和火车共同运动的结果,它的长度是光和火车一起走出来的,并非光自己走出来,因此不能算作光走过的距离。
结论:在光钟实验中,光并没有多走距离,那多出来的距离是火车走的,因此也就谈不上时间变慢。所谓在运动的火车上时间会变慢,这是一种错误理论。
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