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动,但我对此十分怀疑爱因斯坦提出不可能超过光速运动的见解可能很不符合常识,但在这个问题上,为什么非得要相信常识呢?为什么我们1小时走公里的经验应当包含秒钟运动万公里的自然规律呢?相对10130论确实限定了人类能力的极限,然而,宇宙并非一定要与人们的愿望相适应狭义相对论排除了我们的飞船以超光速的速度飞往星球的可能性,但却展示了另一种未曾预料到的诱人的方法依照乔治盖莫夫的想法,让我们设想有那么一个地方,在那里光速・不是每秒万公里,而是一个颇为一般的数值,譬如说每小时公里,3040并受到严格的强制(打破自然规律并不违法,因为其中毫无犯罪行为自然界是自我调节的,它只是将一切安排得使你无法逾越它的限制)想象一下骑着摩托车以接近光速行驰的情景(在相对论著作中,以设想……〃开头的句子比比皆是,爱因斯坦称其为“思维实验〃)随着车速的增加,开始观察附近过往的物体当你目不斜视地注视前方时,你身后的物体却出现在你前方的视野之内当你以接近光速的速度奔驰时,世界在你的眼里就会变得十分奇特,最后,你会看到正前方有一个圆形的小洞,世上的一切都被装进了这个小洞在静止的观察者看来,当你离开时从你身上反射的光呈粉红色,而当你返回时却呈现蓝色假如你以近于光速的速度驶向观察者时,你就会处于斑斓而奇异的色彩包围之中通常看不见的红外光就会变成波长较短的可见光你会在运动的方向上受到压缩,质量增加,而时间却变慢一一种接近光速运动的惊人结果,称为时间膨胀但是在同行的观察者,譬如摩托车后座上的人看来,上述现象都不会发生狭义相对论这些独特的、初看起来令人困惑的预见是正确的在最深刻的意义上讲,科学的东西都是正确的,它们都取决于你的相对运动但是,它们是实实在在的,不是光学上的幻影可以用数学,大概只要一年级的代数就能简单地表述出来,因此任何受过教育的人都不难理解此外,许多实验也证明了其真实性与静止的钟相比,置于飞机上的十分精确的钟会少许变慢核子加速器都是按照质量随着速度的增加而增大的原理设计的,否则,被加速的粒子就都会撞到加速器的壁上,这样就无法进行核物理实验了速度等于距离除以时间由于在接近光速时不能像我们日常所习惯的那样简单地进行速度的叠加,我们熟知的所谓绝对空间和绝对时间的概念,即与你的相对运动无关的概念就必须扬弃了这就是身体受到压缩的原因,也是产生时间膨胀的原因以近于光速的速度运动,你会青春常在,而你的朋友和亲属则照例会衰老因此,当你从这种相对性的旅行返家时,你的朋友和亲属已老了几十岁,而你却一点都未变老,这是多么大的差别啊!由此看来,以近光速旅行倒是一种长生不老之药因为时间在接近光速时变慢,相对论提供了一种到星球去旅行的方法但是,从实际的技术角度看来,接近光速的旅行可能吗?能造出这样的星际飞船吗?托斯堪不仅仅是年轻的爱因斯坦某些思想的发源地,它也是另一位伟大的天才达•芬奇的故乡达芬奇比爱因斯坦早多年,他很喜欢爬400・上托斯堪山,从山顶俯瞰大地,就像一只翱翔的鸟他最早从高空画出了青山绿水、城镇要塞的远景画达芬奇兴趣广泛、多才・过是星星的任意组合某些本来不太明亮的星星,由于离我们较近而显得很亮,而有些本身较亮的星星却离我们比较遥远严格地说,地球上的任何一个地方,对任意一颗星星而言距离都是一样的因此,无论是在苏联的中亚细亚,还是在美国的中西部,观察某个星座时,星星的排列位置都是一样的从天文学的角度来看,苏联和美国是同一个地方只要我们局限在地球上,任何星系的星星都距离我们如此遥远,根本无法辨认出它们的立体构像星星之间的平均距离只有几光年,不过别忘了,一光年就是约万亿公里的距离若要观察星座图像的变化,我们必须跨越与星星10之间的距离差不多的路程,即跨越光年级的距离,非如此,则无法看到星座中的星移斗转和无穷变幻但是,要实现如此宏伟的星际航行,目前的技术还完全做不到,至少在相当长的一段过渡时期内还做不到尽管如此,我们却可以用计算机模拟距离我们较近的星星在空间的位置,从而进行某种类似的星际航行譬如进行环绕由明亮的星体组成的北斗星的旅行,观察星座位置的变化我们按照一般的天体绘图法-沿点连线,将某个星座的星体用线连结成图,视角不同,所绘制的图形也不相同遥远的行星上的居民所看到的夜空星座形状,与我们在地球上看到的大不相同再过若干世纪,人们也许能造出一种宇宙飞船,它速度巨大,能飞越宇宙空间,使人们看到迄今除了用计算机看到以外从未看到的新星座星座形状的变化不仅体现在空间上,而且也表现在时间上我们不仅通过变换视角可以看到星座的变形,而且只要等待的时间足够长,也可以观察到它们形状的变化星星有时组成星团,成群结队地一起飞奔有时某颗恒星独自狂奔,结果脱离原来的那个星座,而跑到另一个新的星座中去在个别的情况下,双星系的某一成员会发生爆炸,从而摆脱相互间引力的束缚,以其固有的轨道速度冲向宇宙空间此外,星星也有生死存亡、演化发展的历程假如我们观测的时间足够长,就会看见新生星体的出现和旧星的泯灭也就是说,星空中的图像也处在缓慢地消融和变化之中就是在有人类的几百万年中,星座也一直在变化着以北斗七星或大熊星座的图形为例,借助于计算机我们可以超越时空的界限,把北斗七星拉回到万年以前的状态人们可以发现,那时的北斗七星与现在的模100样大不相同,不像一把勺子,而颇像一根长矛如若时间机器猛然把你带回遥远的、未知的过去,你可以根据星座的形状大致判断出所处的年代如果北斗七星状如长矛,那肯定是在更新世中期上图万年前的北斗七星100中图万年前的北斗七星50下图现在的北斗七星由计算机模拟的万年和万年前从地球10050上看到的北斗七星我们还可以让计算机把时间往前推移,预测星座未来的图像以狮星座为例,黄道带由个星座组成,像一条带子包裹着太阳每年在天空穿12行的路径黄道带一词的词根与动物园相同,因为黄道带中Zodiac Zoo的星座如同狮星座一样,大都是以动物命名的再过万年,狮星座将100比现在看到的更不像一头狮子也许,我们的后代会把它称为射电望远镜星座不过我猜测,射电望远镜在那时可能比石矛之于现在更加过时了猎户星座(非黄道带)以颗亮星为界,被颗星组成的对角线分43为两半,这一对角线表示猎人的腰带根据通用的天文投影方法,悬挂在腰带下的颗较暗的星组成猎人的剑剑身中间的那颗星,实际上不是一2颗星,而是巨大的气团,叫做猎户座星云,星云中不时地产生出新的恒星猎户星座中的大多数星体炽热而年轻,而且大都演化迅速,最终在称为超新星的宇宙爆炸中了却残生它们的生命周期大约为几千万年假如用计算机进行模拟,把猎户星座未来的情形描述出来,我们就会惊奇地发现,这个星座中多数星体的诞生及其蔚为壮观的混灭,如同夜空中的萤火一般,闪烁明灭、飘忽不定半人马座星是距太阳最近的恒星系它实际上是一个连星,两颗ct3星各自绕对方旋转,而第三颗星(半人马星座的比邻星)则始终以一定的距离环绕前两颗星运行当第三颗星处于其轨道的某个位置时,它是离太阳最近的恒星,它的名字就是由此而来的我们在天空中所见到的大多数恒星都是双重或多重的星系太阳这个星系倒是一个有点奇怪的例外在仙女星座中,第二颗最亮的星距我们光年我们现在所看到B75的它的光亮,在黑暗的星际空间旅行了年才到达地球举一个不大可75能的例子,如果仙女座星上星期二因爆炸而消毁的话,也只有等年B75之后我们才能得到这个消息这是因为,爆炸产生的有趣信息以光速运行也要年的时间,才能穿过茫茫的宇宙空间到达地球我们现在所看到75的这颗星的星光在它出发的时候,年轻的爱因斯坦还是瑞士专利局的工作人员,刚刚发表了划时代的伟大理论-狭义相对论空间和时间是互相关联的,我们不可能只是遥望太空而无须顾及时间光的运行速度极快,但空间极其浩瀚,且星体遥遥相隔在天文数字上,光年左右的距离是微不足道的,仅举几个例子便可说明这一点从太75阳到银河系中心的距离为万光年;从地球到位于仙女星座的、离我们最3近的旋涡星系的距离为万光年我们现在所看到的的星光M31200M31向地球出发时,地球上还没有出现进化成现代人的人类祖先;而从地球到最远的类星体需要亿光年,我们现在所看到的是它们在地球凝聚80-100之前、在银河系形成之前的形状这种现象并非仅仅局限于天体,只不过由于天体相距非常遥远,有限的光速才显得如此重要而已假如你的朋友站在房间里米外的另一头,3你用眼看她时,你所看到的并不是“现在〃的她,而是亿秒”以前〃的1/她[(米)米/秒(/秒)秒,即微秒在这3/3x108=1/108=10-81%类计算中,我们只要用距离除以速度就得到了时间]你的朋友的“现在〃与亿秒以前的差别微乎其微谁也不会去注意这点变化相反,如果我1/们观察一个亿光年以外的类星体,我们所看到的是亿年前的它,这8080一事实可能就非常重要了(例如,有人认为类星体可能是只发生在星系早期历史的爆炸事件中如果真是这样,那么星系离我们越远,我们观测到它的历史就越早,它也就越可能是类星体当我们遥望亿光年以上的50距离时,类星体的数目确实在增加)两艘“旅行者〃号宇宙飞船目前正以光速的万分之一的速度飞行,它们是地球上发射的最快的飞行器但是,它们可能要用万年的时间才能4到达最近的恒星那么,难道就没有希望飞离地球,穿过惊人的遥远的旅程到达半人马星座比邻星吗?止匕外,难道就无法达到光的速度了吗?光速的奥秘究竟何在呢?我们不能飞得比光速更快吗?例如你在世纪年代里去过意大利迷人的托斯堪乡下,你或许1990会在通往帕维亚城的大道上碰到一位留着长发的、中途退学的中学生他的德国老师对他说过,他绝不会有任何成就,他提出的问题破坏了课堂纪律,他最好还是退学于是,他离开了学校,漫步在乡间的大道上在意大利北部的自由天地里,他反而能够思索那些与在纪律严明的普鲁士课堂中被强行灌输的、来不及消化的各种课程相差甚远的事情这个青年学生名叫阿尔伯特爱因斯坦,正是他的沉思默想改变了整个世界・伯恩斯坦的科普著作《自然科学通俗读物》使爱因斯坦爱不释手书的第一页就描述了电流通过导线以及光通过空间的不可思议的速度他不禁想到,假如能以光的速度运动,世界将会是什么模样呢?一个多岁10的孩子,走在乡间阳光绮丽的小道上,竟然会想到以光速旅行,这是多么迷人、多么不可思议的想法啊!假如以光的速度旅行,你是不会感到在运动的如果开始时你从光的波峰上出发,那么在旅行的过程中你会觉得一直在这波峰上,完全不会意识到它是波动的倘若以光速旅行,就会出现这种怪事爱因斯坦对这类问题想得越多,就越是摸不着头脑如果真能以光速旅行,好像到处都会出现矛盾人们往往不加仔细地推敲,就把某些说法当成真实的爱因斯坦提出的这些简单问题,早在几个世纪之前就应该想到例如,我们说两件事情同时发生,究竟指的是什么意思呢?让我们设想一下我骑着一辆自行车向你奔去的情景当我接近一个十字路口时差点撞上一辆马车,为了避免相撞,我赶紧转弯让我们再把这一事件细细地体会一下,并设想一下马车和自行车都以接近光速的速度行驶的情景如果你站在路上,马车行驶的方向与你的视线垂直通过阳光的反射,你看见我向你骑来难道我的速度不该叠加到光速上,我的影像不是要比马车先到达你的眼睛吗?难道你不是在看到马车之前就看到我转弯吗?从我的角度,而不是从你的角度看,马车和我会同时到达十字路口吗?我会不会几乎和马车相撞?在你看来,我是否无缘无故地转弯,并兴高采烈地朝芬奇城骑去呢?这些都是奇怪而又微妙的问题它们向一切显而易见的常情提出了挑战有理由相信,在爱因斯坦之前没有人想到过这类问题正是从这些基本的问题出发,爱因斯坦才对整个世界进行了彻底的再认识,从而导致了物理学上的一场根本变革要想认识世界,要想在高速运动时避兔上述逻辑上的矛盾,肯定存在某些我们必须遵循的自然规律在爱因斯坦的狭义相对论中,他总结了这些法则一个物体发出的光(不管是反射还是发射出来的),不论这个物体是处于运动状态还是处于静止状态,光的运动速度都是相同的就是说,不能把物体的运动速度叠加到光速上止匕外,任何物体的运动速度都小于光速,即不能以光速或大于光速的速度运动在物理学上,没有任何事物阻碍你以尽可能接近光速的速度运动,即可达到光速的但无论人
99.9%,们如何想方设法,都绝对不可能再获得最后的的速度既然从逻辑
0.1%上讲世界是协调一致的,那么就必定存在一个速度极限否则就可以通过增加运动物体的速度来达到任何想要达到的速度了本世纪初,欧洲人普遍相信存在不受一般法规制约的特殊参照系:德国、法国或英国的文化和政治结构比其他国家好;欧洲人比殖民地国家的人优越,他们受统治是他们的福气阿里斯塔恰斯和哥白尼思想在社会和政治上的应用遭到反对和藐视但是年轻的爱因斯坦在物理学上反对特殊的参照系,在政治上同样反对这种优越感他认为,宇宙中充满了星体,这些星体在各个方向上匆忙地奔驰着,没有任何处于“静止〃的地方在对宇宙的观测上也不存在一处优于另一处的问题这就是相对论一词的含义相对论乍看起来很玄乎,其实很简单就宇宙而言,没有什么地方比其他地方更优越不论由谁来描述,自然规律都应是一致的如果自然规律具有不变的一致性,那么认为我们这个小天地在宇宙中有什么特殊之处,就是令人费解的逻辑了因此可以得出结论,人们不可能以超光速的速度运动我们之所以能听到鞭子抽动的僻啪声,是因为鞭梢以大于声速的速度运动从而产生一种冲击波,产生一个小小的声响雷声的道理也与此类似人们曾经认为飞机的速度不能大于声速,但如今超音速飞行却是极平常的事但是,光障和声障不同,它不仅仅是一个技术上的问题(像超音速飞机所解决了的技术问题),而是如同万有引力一样)是一个基本的自然规律问题在人类的历程中,还没有任何现象(包括鞭响和雷声)能在真空中以大于光速的速度运动相反,人们的普遍经历(包括核子加速器和原子钟)都精确地、定量地符合狭义相对论同时性的问题适用于光,但却不适用于声,因为声音是通过某种物质媒介,通常是空气传播的当你的朋友在谈话时,到达你耳朵的声波是空气分子的运动,然而光却可以在真空中传播空气分子要运动需要一定的条件,真空中不具备这样的条件太阳光能够穿越宇宙空间照射到我们身上,但是无论我们如何仔细地倾听,也不可能听到太阳黑子的爆炸声,或者听到太阳闪光的轰鸣在相对论学说创立之前,人们一度认为光的传播是通过一种特殊的、充满宇宙空间的介质--以太但是,著名的迈克尔逊-莫雷实验证明,根本不存在以太这种物质我们有时会听说某种事物能运行得比光还快,特别常提到的是所谓的“思维速度〃这是一种格外愚蠢的说法,因为思维的脉冲通过脑神经细胞的速度并不比一辆驴车快多少人类聪明到能够提出相对论,这只说明我们有高超的思维能力,但并不能因此吹嘘,说我们的思维速度有多么快不过,计算机的电子脉冲速度倒确实与光速相差无几几岁的爱因斯坦创立了完整的狭义相对论学说,经过各种实验的20检验证明是正确的将来,或许有人能提出一种普遍适用的学说,既防止同时性一类的矛盾,避免了特殊参照系,又能允许超光速的运。