聊聊狭义相对论-第7章
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而当它转了一会，变为背对着地球以v离去的时候，它的光速应该成了c…v。”
“这速度不同，造成了其所发出的光到达地球所用的时间不同，因而在同一时刻观察这一颗星体时，不应该只看到一个点！是吧？”
但是，结果大失所望，只是一点！
事实上，在1924年，有人利用太阳光作为光源来做麦克尔孙…莫雷实验，如果说光速真的与光源有关的话，那么应该是可以看到干涉条纹的（自己想一下为什么）。但是，结果依旧看不到。当然，这已是相对论诞生之后的事情了。
又是否定后件！一枪搞掂！假设不成立！
看来，这也行不通！又一次碰鼻子了！在麦克尔孙…莫雷实验上，我们已是一鼻子灰了。难道它就真的那么不可思议？
这也不行，那也不行，到底想怎么样嘛！
别着急，其实，19世纪的物理学家也不比我们好到哪里去。他们也被麦克尔孙…莫雷实验搞得茶饭不思，不知如何是好。
到了这时候，我们，或者说整个物理学都确实很乱了。仰望天空，已是乌云密布，不再是那朵不起眼的小乌云了，黑云压得人们喘不过气来，人们个个心烦意乱。眺望经典大厦，那条天梯在不停的晃动，最可怕的是还带动了整幢大厦，仿佛下一秒钟就要倒塌，化成废墟。
看来，一场大灾难在所难免。
看来，一场大革命即将来临。
处于乱世，人心惶惶。
但是，英雄越是在危急的情况下越是与众不同，他们不管旁人如何，总能冷静下来，仔细分析一切，然后找出最好的路子，一鼓作气，成就大事。
我们是福尔摩斯，我们一定可以找出打开大门的钥匙。
让他们疯狂去吧！我们安静下来，好好地反思一下……
我们现在就像站在深山中，云雾萦绕，四处茫茫。环顾四周，可以看到几条我们曾经走过的路，但都证明其实那是走不通的。或许，你还发现了其他的道路，但是在这里就不一一去试探了。如何尽早离开这是非之地，才是上策呀！
为什么？为什么我们所走过的路都是死路？我们前进的指向标可是高高在上的经典物理学呀！它曾经是那么的辉煌！谁也不会忘记当年的海王星的发现是我们的功劳！谁也不会忘记当年电磁波的首次发射依靠的是我们的武器！我们曾经所向披靡，锐不可当！为什么今天却如此狼狈呢？每一招都被敌方所破，反而还弄伤自己！
为什么呀……
一声大喊，回音荡荡。
如此碰壁，令我们不得不重新开始审视我们曾经奉为圣条、当作指路标的经典物理学的基础。我们来认认真真地、对一切都带着怀疑的眼光地琢磨一番那些死路。
第一条路——逻辑问题，首先拿开，这是绝对不可以怀疑的！
再回忆一下其他的道路。注意到了没有，全部都与以太有关！
以太！以太！难道是以太出了问题？
但以太可是经典物理学的根基呀！没有以太，就没有了绝对参考系！没有以太，就没有光的传播介质！没有以太，就没有牛顿大楼和麦克斯韦大楼的联结呀！
说哪里有问题都行，但说以太就万万不可呀！以太被挪动了，经典物理学就没了！
即便如此，我们也管不了那么多了，还是得钻研一番。因为，我们已经无路可走了。
在前面，从《宇宙之谜》里面关于以太的讨论中，有这么一句“以太是不可测度的。”好象这句话有一些问题。
我们先来说说科学中一个相当著名的原理——奥卡姆剃刀原理。它是14世纪一个生于奥卡姆的名叫威廉的修道士所提出的。“当我们面对一大堆可以解释某个事实的说法时，我们应该相信假设最少的那一个”。这也充分体现了科学的简洁之美，是科学家的信仰所在。
举个例子。我想很多人都没有见到过上帝，至少没有确切的证据表明有谁见过上帝。那，怎样来解释“没有见过上帝”这个事实呢？
第一种方案。
假设一：上帝是存在的；
假设二：上帝是不可以被看见的；
结论：没有人见过上帝。
第二种方案。
假设：上帝是不存在的；
结论：没有人见过上帝。
你相信哪一种呢？我想还是第二种多一些吧。就算我们还不知道奥卡姆剃刀原理，我们也会选择第二种，是吧？
第一个说法明显多了一条假设，但它的解释也不见得比第二种好多少，只不过解释了一样的事实。而第二种简洁明了，达到了一样的效果，我们很难相信它是不真实的。
好，反观以太，似乎也犯了这种“错误”。
经典物理学也用了两个假设去解释为什么测量不到以太这个事实——以太是存在的，以太是不可测度的（或者地球跟以太是相对静止的、或者存在长度收缩效应……），所以测量不到以太。
可以说，死抱着以太不放，而去解释麦克尔孙…莫雷实验，至少违反了奥卡姆剃刀原理！但是，我们从美的角度出发，又很难相信奥卡姆剃刀原理是错误的。况且，有以太的经典物理学也无法解释得清麦克尔孙…莫雷实验！
要是我们换另外一种更简洁的说法去解释测量不到以太这个事实，或许会合理些——因为没有以太，所以测量不到以太！
是的，打倒以太！
是的，扔掉以太！
这或许是我们的出路所在！
好，回到我们游客的身份，不当福尔摩斯了。
革命的口号是容易叫，革命的豪言谁都能放。但是，你有本钱吗？你要面对的是千千万万个牛顿的粉丝呀！虽然19世纪不再是布鲁诺的时代，不再是伽利略的年头，但你要想起义，虽说可以不被人家干掉，但也会被口水淹死呀！
你负得起后果吗？要知道，丢掉以太，对经典物理学来说，那是釜底抽薪呀！没了以太，就等于毁了经典物理学！
遥想当年，牛顿在《自然哲学之数学原理》的一开始就给出8个定义，之后在附注中这样写到——
“至此，我已定义了这些鲜为人知的术语，解释了它们的意义，以便在以后的讨论中理解它们。我没有定义时间、空间、处所和运动，因为它们是人所共知的。”（注意后面那句话）
“绝对的、真实的和数学的时间，由其特性决定，自身均匀地流逝，与一切外在事物无关。”
“绝对空间：其自身特性与一切外在事物无关，处处均匀，永不移动。相对空间是一些可以在绝对空间中运动的结构，或是对绝对空间的量度，我们通过它与物体的相对位置感知它；……例如，地球在运动，大气的空间相对于地球总是不变，但在一个时刻大气通过绝对空间的一部分，而在另一个时刻又通过绝对空间的另一部分。”
可见，在牛顿物理学中，时间和空间都是绝对的。时间不会由于外部世界的变化而受到影响，它是独立流逝的，与它之外的东西都没有关系。而更重要的是，从牛顿的地球和大气的例子中，我们可以清晰地领略到，空间也是绝对的，它是其他一切外部事物运动的度量标准。而这个唯一的绝对空间又是什么呢？
正是以太！
再来，电磁学中，光波靠什么介质传播呀？
还是以太！
由此可见，以太在经典物理学中具有多么重要的位置。
万万不可去掉呀！这也是当时大多数物理学家的忧虑。
从牛顿的讨论中，我们也可以了解到牛顿的绝对时空观，它们不会受到任何外界事物的影响。这也符合我们的认识呀！时间如流水，试问有谁可以让时间慢下去或快起来的？时间是无情的，它不会取悦于个人欢喜，所以，古往今来，留下了那无数感慨时间的佳句名篇。空间自然也是绝对的呀，它独立存在着，我们只能够在其间运动，而永远不能消灭它，或者改变它半点！
要是有一天，有人说时间和空间都是可以改变的，那我们就会用惊奇的眼光看着他，怀疑他是不是有点问题。
可以说，没有接触过相对论的人们，他们的时空观基本上都与牛顿的一致。而就算学习过相对论的人，也未必可以完全离开绝对时空观。绝对时空观是我们的常识，要改变它，确实不容易办到。也正因如此，当时很多物理学家都不敢跨过这道门槛。
但是，革命的时机已经成熟！暴风雨即将来临！
乱世出英雄。
异端总能在时代上找到他们的位置。
早在1883年，奥地利物理学家马赫就写了一本名叫《力学及其发展的历史批判概论》的书，对牛顿的绝对时空观打出了反对的第一声炮响。“我们不要忘记世界上的一切事物都是相互依赖的，并且我们本身和我们的所有思想也是世界的一部分。”他写道，呵呵，直接质疑牛顿的绝对时间和绝对空间。他还更进一步指出“绝对时间是一种无用的形而上学的概念”。马赫的思想对后来的很多物理学家产生影响，其中包括相对论的创始人爱因斯坦。
另外一位“起义军”是亨利？庞加莱。这个人物，中国的朋友一定不会生疏。在去年，著名华人数学家丘成桐就向世界宣布，来自中国中山大学的教授朱熹平和旅美数学家曹怀东为“庞加莱猜想”的破解做了封顶工作，这“庞加莱猜想”的解决可是震惊中外的大事！我们中国同胞也着实高兴了一回。
这个“庞加莱猜想”的提出者正是我们这位仁兄。
“庞加莱猜想”在这里就不细说了，毕竟，那是数学上的问题，不过它的解决也将对物理学起到很大的影响。
庞加莱跟笛卡儿是“老乡”——都是法国人。他也跟笛卡儿一样，不仅数学不赖，物理学也不简单。或者说，庞加莱更拽一点，他可是“最后一个数学全才”！在各个数学领域都干得贼拉出色，都是顶呱呱的。“庞加莱猜想”就是最好的证明，呵！这一提出来，难倒你多少数学家呀，竟用了100年才证明出来！
要是你学习过非欧几何的话，肯定不会不知道庞加莱模型（对，就是用单位圆作为非欧平面那个），正是他的努力，才使得非欧几何被人更广泛地接受。
在物理学上，可以说，庞家军几乎是差不多要干掉经典物理学帝国，甚至政权都建立得七七八八了。
庞加莱1854年4月29日生于南锡，1912年7月17日卒于巴黎。少时就表现出了非凡的数学才能，在科学上具有很高的造诣。在经典物理学帝国政治腐败，民不聊生的末期。他揭竿而起，来势汹汹。
几年里，接连出兵，战绩累累。
首先指出想要证明物质相对以太的运动是不可能的，实际上将矛头对准了以太。
接着提出光速对于每一个观测者都应该是相同的。
还抗议说同时性是没有意义的。
写下了“质量应随速度的增大而增大”的庞加莱思想。
……
可以说，这些结论和后来的相对论是极其接近甚至是一样了（当然在这里先不细说了，后面将会详细说到）。庞加莱已经能够清晰地听到相对论的呼吸和心跳声，却由于无法用一个逻辑的体系将这些结论统一起来，最后与相对论擦肩而过，这多令人叹息呀！
似乎历史的重任注定要落在另外一个人身上……
与庞加莱是一个很厉害的数学家相比，洛伦兹更应该算是一个物理学家。但是，就是那么有趣，在解决经典物理学的危机中，两个人竟互相颠倒了过来——庞加莱提出了很多物理原理和思想，而洛伦兹却得到了一大堆数学表达式！
前面已经说到，洛伦兹提出了收缩假说的表达式，但是由于“来历不明”而并不被大家接受，而认为那只不过是乱来的小把戏。在1895年以及接下来的几年中，洛伦兹一直在这个问题上孜孜不倦，埋头苦干，不断用数学方法改进。并最终在1904年，他完成了《速度小于光速系统中的电磁现象》的论文，提出了一个变换式，这也就是后来以他的名字来命名的、相对论的基本变换式——洛伦兹变换（咱们后面再细细道来）。
洛伦兹一直没有跳出以太的条条框框（看来他的奥卡姆剃刀原理不太过关哟！^_^），他企图在经典理论的范围内解决问题，但是事与愿违，从他得到的理论中竟然得到了粒子质量随速度的改变而改变、时间会变慢、粒子在以太中的运动速度不能大于光速等与经典理论相矛盾的结论，令洛伦兹啼笑皆非，连连摇头。
虽是如此，与庞加莱一样，洛伦兹也不能算是真正发现了相对论。他的观念依旧无法超越经典物理学，他说“我们不能无条件接受光速极限”，还认为同时性是理所当然的，并且表明自己从不怀疑绝对时空。M．Born是这样评价洛伦兹的——“也许（洛伦兹）从来没有成为一个相对论者。”
而在此时，一个名叫科恩的物理学家也在一步步接近相对论，不过，都是可望而不可即。
从上面三个人的例子，我们不难感受到，时代发展到今天，物理学发展到这种地步，相对论已是呼之欲出了！它已经具备了降临世上的基本条件，甚至基本轮廓都已经呈现了，可以说是历史不可阻挡的潮流！接下来，就是要看是谁捡到这块蛋糕了。
爱因斯坦也表示过，如果没有他，狭义相对论依旧是会诞生的，它不是一个人的天才创造，而应该是时代的产物！
我想再强调一遍，狭义相对论应是时代的产物。认为相对论是爱因斯坦个人的杰作，那是对相对论的误解，是对历史的不尊，是对其他物理学家的忽视。
确实，只要我们仔细去回味一下之前的旅途，我们是可以明白这个道理的。牛顿为了解决麦克斯韦的光速问题，从经典的角度出发，提出一个方法。但是，随着时代的发展，人类能够接触到的东西更多了。于是，麦克尔孙和莫雷做了一个名垂青史的实验，结果证明牛顿的方法是行不通的。那就得找第二种办法呀！洛伦兹、庞加莱等人就担负起了这个责任，并且向前走了一大步，离最终目标也只有一步之遥了。可以说，这时候，相对论是水到渠成，历史潮流。
绝非一个人可以创造一个超出时代的奇迹。
英雄也得向时代低头。毕竟，谁能一眼望穿天下事，只有时代的发展，人类方能获得更多的认识。
可是，反过来想，捡蛋糕的人也得有点水平吧？呵呵，可不是每个人都能捡到蛋糕的哟！从这个角度上看，爱因斯坦又确实拥有过人之处。
好了，一路走来，到了这儿，已经是1904年。此时此刻，距离那个光辉的时刻只有一年了！
回头看看经典物理学大厦，那天梯在不停地晃动，整幢大厦岌岌可危。只要有一个轻轻地一推，所有一切都将化为灰烬。黑云压城城欲摧，暴风雨必将来临，革命在所难免。
不过，我们得折回到25年前，去迎接那个将来要推倒这幢大厦的英雄。一瞥他的童年和成长历程，思考一下他的成功究竟是偶然，还是必然。
没错，咱们到最近的德国南部的那间小旅馆里去歇一会儿，洗洗尘，睡个好觉……
第三章 人类科学的异端
之所以不顺着麦克尔孙…莫雷实验直接进入狭义相对论，而来个转折回到爱因斯坦的成长历程，原因有二：一是按笔者个人感觉，爱因斯坦的童年对他以后的成就和人格有很大的决定作用，他小时候受到的一些影响，在他以后的生活和研究中留下了深刻的印记。如果我们可以透过这些去看相对论和科学的话，将会加深我们的理解以及思考的空间。
二是爱因斯坦曾经说过，他发表狭义相对论之前，并不太清楚麦克尔孙…莫雷实验，可以说，麦克尔孙…莫雷实验对他完成相对论的创建没有起到太大的作用。在我看来，�
