愛因斯坦的困惑：什麼是「同時」？
同時，是我們在日常生活中常用的辭彙。「他們兩人同時到達山頂」、「電視新聞同時在全國各地播出」……好像每個人都非常理解這個詞表達的意思，不就是說兩件事在同一時刻發生嗎？
不過，什麼叫「同一時刻」呢？這樣說的意思首先是認為時間是一個絕對的概念，上帝在某處設立了一個大大的、精確無比的標準鍾。然而，如果你深入考察下時間的概念，可能會使你越想越糊塗。時間是什麼？正如公元4世紀哲學家聖·奧古斯丁對「時間」概念的名言：
「If no one asks me, I know what it is.If I wish to explain it to him who asks, I do not know.」
我把它翻譯成如下兩句：「無人問時我知曉，欲求答案卻茫然。」
時間是絕對的，還是相對的？如果說它是絕對的，顯然不符合相對性原理。上帝絕對準確的鐘該放在哪裡呢？地球上？太陽上？或是別的什麼地方？這好像是又回到了地心說、日心說之爭的年代。現代社會幾乎每一個人都知道，無論是地球還是太陽，都只是茫茫浩瀚宇宙中一個小小的天體。所以，從一般現代人的常識來看，也似乎不應該存在一個絕對的時間。而愛因斯坦也正是深刻理解了時間的「相對性」的意義，才在創立狹義相對論的過程中，邁出了關鍵的一步。
愛因斯坦有一個廣為人知的比喻：「和一位漂亮女孩在一起待上一小時，你會感覺像一秒鐘；但如果讓你在火爐子上待上一秒鐘，你會感覺像一小時。這就是相對論。」儘管這的確是愛因斯坦所言，但在比喻中他指的是時間在心理上的相對性，而我們想要探究的，卻是愛因斯坦探討的時間在物理意義上的相對性。
狹義相對論中同時的相對性，是來自於相對論的兩個基本假設：相對性原理和光速不變。
如果兩個事件對某一個觀察系來說是同時的，對另一個觀察系來說就不一定是同時的。我們用圖1-5-1中所示的例子來說明這個問題。如下的解釋中，以承認相對性原理和光速不變為前提。
圖1-5-1 同時的相對性
一列火車以速度v運動，站在車廂正中間的Alice，當經過地面上的Bob時點亮了車廂正中位置的一盞燈，向左和向右的兩束燈光將以真空中的光速c分別傳播到車尾A和車頭B。在Alice看起來，燈到A和B的距離是相等的，所以兩束光將同時到達A和B。但是，站在地面上靜止的Bob怎麼看待這個問題呢？
對Bob來說，左右兩束光的速度仍然都是c，這是相對論的假設，無論光源是在運動與否都沒有關係。但是，火車卻是運動的。因而，A點是對著光線迎過去，B點則是背著光線逃走。所以光線到達A的事件應該先發生，到達B的事件應該後發生。也就是說，Alice認為是同時發生的兩個事件，Bob卻認為不同時。
剛才所述的相對論中對同時性的檢驗，是用光信號的傳遞來進行的。這是因為光在狹義相對論中具有獨特的地位。根據狹義相對論的假設，真空中的光速對任何參考系，在任何方向測量都是一樣的數值。在由此而建立的狹義相對論中，任何物體的速度都不可能超過光速，光是能夠完整傳遞信息和能量的最大速度。換言之，如果火車上的Alice不是點亮了一盞燈，而是向左右射出子彈的話，兩顆子彈相對於Bob的速度便不是一樣的。事實上，光可以說是一種很神秘的物質形態，它不僅在狹義相對論中具有特殊地位，在整個物理學及其他學科中的地位也是獨一無二的。至今為止沒有發現任何超光速的、能夠攜帶能量或信息的現象。也就是說，尚未有與相對論這條假設相違背的情形。如果將來的實驗證實這條假設不對的話，愛因斯坦的理論就需要加以修改了。
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書名：上帝如何設計世界——愛因斯坦的困惑
作者：張天蓉
出 版 社：清華大學出版社
定價：￥35.00
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