※ [本文转录自ptt2 BBMak 看板] ※ 引述《DarthRaider (...........)》之铭言： : 近代物理与新认识论 : 1992, 3, 26　吴文成 : ------------------------------------------------------------------------------- : 相对论 : 　　──量度值虽然并不见得「很真实」，但还有什麽会比量度「更真实」呢？ : ------------------------------------------------------------------------------- 对这句话没有太大的意见 不过，我对这一点有自己的看法 所谓「量度」，简而言之，必须利用工具加以量度 以(狭义)相对论而言，所讨论的，是时间与空间(长度)的关系 要度量「时间」，工具是「时钟」 要度量「长度」，工具是「尺」 当我但在进行「量度」时，是无法避免不依赖「时钟」「尺」等工具 但「时钟」与「尺」，同样地也是存在於自然世界中，也同样受相对论的支配 话讲得玄一点，「相对论」所描述的 是以同样会受相对论影响的工具：时钟与尺，量度运动物体的行为 描述时钟和尺所读出来的刻度，之间的数学关系式 ---------- 这种对量测工具的观点，待会会反馈回稍後的部分 : 　　相对论的提出不是偶然的。在十九世纪末，物理学家们便遭遇许多困难，当干涉仪的 : 实验结果困扰物理学家的时候，爱因斯坦立刻放弃乙太的概念并假设光速具有不变性（任 : 何观察者测得之光速为同一固定值），勇於怀疑传统牛顿的绝对时空概念，以「穷则变， : 变则通」的革新思想提出相对论。这段历史与爱因斯坦同哥本哈根论者的激辩是同样精采 : ，爱因斯坦之所以成为近代物理的奠基者是有原因的。（注一） : 　　原本二十世纪前，人类已经习惯了牛顿所带来的绝对真理与绝对价值，它的权威性提 : 供了一种绝对安全感和最後归宿感，可是相对论却像一口巨大的丧钟在人类头顶轰鸣，使 : 人们从牛顿教条弄得呆滞的状态下醒来，把人们一劳永逸的乐观梦想，变成前途茫茫的悲 : 观困惑（注二）。 这段没有意见 : 　　狭义相对论指出，由於光的不变性使观察者无法区分绝对静止与等速运动；爱因斯坦 : 得以肯定时间与空间的相对性，即观察者对时空的描述会随着运动状态而改变──在相对 : 论中观察者所测量到之相对运动的物体，其长度显得更短，而时间显得更长。如果把光讯 : 号当作传递事件因果次序的最快讯号，我们感觉（也是量测）到的因果现象，亦会随着观 : 察者的运动状态而不同（注三）。爱因斯坦以「对一实际参考体的相对运动」来代替空间 : 的量度（注四），以「光速」代替时间的量度，换句话说，爱因斯坦以物理的操作定义来 : 取代牛顿对时空哲学式的「简单定位」之定义。 : （贴者补充：由静止於运动系统中的观察者看来， : １．在运动系统中不同时间发生於同一地点的事件，在静止系统中必发生於 : 不同的地点。 : ２．在运动系统中同时间发生於不同地点的事件，在静止系统中必不同时发 : 生 : ３．在运动系统中同时发生於同一地点的事件，在静止系统中也会同时在相 : 同地点发生。 : 叙述１的例子： : 在飞机上，坐在１０ｃ的乘客，八点时喝了一杯橘子汁，九点吃早餐从运动系 : 统（飞机）上看，两件事都发生在１０ｃ，而在静止系统（地面）上看，两件 : 事发生在不同的地点 : 叙述２的例子： : 在飞机上，乘客看到前舱与後舱同时爆炸，但对地面上的人来说，如果他离前 : 舱比较近，他看到的则是前舱先爆炸一一因为两边的光传送到此人眼睛的时间 : 有别 : 叙述３比较符合直观，就不再举例了。 : 参自《宇宙观革命》第六章：电磁学与相对论） 这段基本上没有问题，相对论的确是这样 : 　　人类的感官往往是不真切的（所谓的表象主义），故以物理量度方式来描述事件是最 : 真切不过，但相对论却告诉我们，即使是量度的结果，不同的观察者对同一事件竟会提出 : 截然不同的描述。例如（同时性的问题）对於Ａ、Ｂ两事件，甲说Ａ先Ｂ发生，乙说Ｂ先 : Ａ发生，但相对论竟告诉我们二者都对，即各结论对所属观察者各是正确的。可是（１） : 不同座标系的观察者对同事件的长度与时间描述，皆不相同，但是同事件其本体论上的时 : 间与长度不可能是这样又是那样。（２）两事件在其本体论上的因果次序，不可能是这样 : 又是那样。这导致我们必须要问：我们所观察与认知的是实在界吗？人类对事件的物理量 : 度「真切」（即符合本体论的实在界，在下文读者必须区分『真切』和『真实』的含意） : 吗？相对论是否分割了实在界与现象界（注五）──实际值与量测值──之间的一致性？ : 或者这样问：人们能否一如物自体般的客观认知实在界？ 这段的描述，看得出来，作者误解了「因果律」 因果律并不是只看「时钟」的刻度大小而已 以作者用本体论的这种描述方式，并没有切中因果律的精要 ---------- 我们用以下的状况，来描述「因果律」 假设 E1 E2 代表两个事件，举个例子好了 E1 是手指按电灯将电灯的开关打开，E2 是电灯由暗变亮 对观察者甲，他看到 E1 在时间 T1 地点 X1 发生 看到 E2 在时间 T2 地点 X2 发生 对观察者乙，他看到 E1 在时间 T1' 地点 X1' 发生 看到 E2 在时间 T2' 地点 X2' 发生 以原作者的论点，甲所观察到的，有可能 T1 < T2 （E1 先发生，E2 後发生) 但乙所观察到的，有可能 T1' > T2' （E2 先发生，E1 後发生) 由於 E1 E2 发生的先後次序会随观察者的不同而改变 作者论证，因为无法定其先後次序，所以违反因果律 ---------- 但物理上的因果律，并不是直接比较 T1 T2 的大小，或 T1' T2' 的大小而定 物理上的因果律，还必须包含「讯息传递」的概念 （很可惜，我在整篇文章中，没看到作者提到「讯息传递」 这个在因果律上扮演着绝对重要的角色，连只字片语都没提到 @___@ 爱因斯坦和波耳两人，曾在理论上有过激烈的争论 爱因斯坦提出 EPR 誖论，直接挑战量子力学的根基 这件事，到今天西元2004年，仍然尚未完全解决 争论的重心，就是在「讯息传递」这个山头上打转） 举一个大家可以稍微感受体会的例子 古代打仗，大营与前线相隔一段距离，骑马要数日行程（可以参考雍正王朝 XD~~~） 元帅在某日 T1 发出命令，要前线将军配合进行战术行动（攻击、防守、彻退....等） 可是古代通讯没有如今日发达，打一通电话就可以下达命令 所以命令的发送抵达有一段时间的落差 如果前线将军在某日 T2 进行战术行动 那麽要如何知道前线将军是自行决定的，还是依元帅的命令决定的？ 一个很简单的判别法，如果马的速度是 V，而大营与前线距离 D 如果 V (T2 - T1) > D 的话，表示前线将军是依元帅的命令而作战术行动 但如果 V (T2 - T1) < D 时，表示前线将军是自行决定战术行动 当 V (T2 - T1) < D 时，纵使 T1 < T2（元帅先发出命令，前线将军後作战术行动） 但我们不能将这两件事赋与因果关系 因为，当前线将军进行战术行动时，元帅的命令还没送到他的手上呢！ 这个例子，可以很清楚地表达「讯息传递」在「因果关系」中所扮演的决定性地位 而不是单单只看 T1 T2 的先後而已（作者在论述中所犯的毛病） ---------- 回头看相对论，当引入「讯息传递」的概念後，因果律就变得一清二楚了 以刚刚的例子，光速为 C，再多一个假设条件：「任何讯息传递的速度均不大於 C」 对观察者甲，他看到 E1 在时间 T1 地点 X1 发生 看到 E2 在时间 T2 地点 X2 发生 对观察者乙，他看到 E1 在时间 T1' 地点 X1' 发生 看到 E2 在时间 T2' 地点 X2' 发生 如果观察者甲观察到的 E1 E2，|X2 - X1| > C |T2 - T1| 也就是说，E1 E2 的距离，无法在两者所发生的时间差内透过任何方式传达 这时，E1 E2 之间就无法透过任何方式进行讯息传递 （也就是说，当 E1 在 T1 X1 发生时开始发送讯息 当讯息到达 X2 的时间一定比 T2 大，赶不上 E2 的发生； 反之从 E2 发生时开始发送讯息，也赶不上 E1 的发生 和刚刚所举的打仗这个例子道理是相同的） 换句话说，在这种情况下，E1 E2 不能赋与它们因果关系 E1 E2 要相互视为独立事件 在此时（即 |X2 - X1| > C |T2 - T1| 成立的状况下） T1 T2 谁大谁小就无关紧要 (狭义)相对论背後的时空座标转换，是劳仑兹转换 劳仑兹转换确保一件事情成立： 当甲观察到的 E1 E2 没有因果关系（即 |X2 - X1| > C |T2 - T1| 成立） 那麽，劳仑兹转换确保一件事，乙观察到的 E1 E2 也不会有因果关系 （即 |X2' - X1'| > C |T2' - T1'| 成立） 再者，若甲观察到的 E1 E2，|X2 - X1| < C (T2 - T1) (所以 T1 < T2) 也就是说，E1 以光速所送出的讯息，来得及在 E2 发生前赶到 那麽，我们可以对 E1 E2 赋与因果关系，E1 为因，E2 为果 那麽，劳仑兹转换确保一件事，乙观察到的 E1 E2 也会以 E1 为因 E2 为果 （即 |X2' - X1'| < C (T2' - T1') 成立） 再者，若甲观察到的 E1 E2，|X2 - X1| < C (T1 - T2) (所以 T1 > T2) 也就是说，E2 以光速所送出的讯息，来得及在 E1 发生前赶到 那麽，我们可以对 E1 E2 赋与因果关系，E2 为因，E1 为果 那麽，劳仑兹转换确保一件事，乙观察到的 E1 E2 也会以 E2 为因 E1 为果 （即 |X2' - X1'| < C (T1' - T2') 成立） 做个总结，相对论并不会破坏事件的因果关系 两件事要嘛，E1 因 E2 果，要嘛 E2 因 E1 果，要嘛 E1 E2 没有因果关系 这三种情形不会随观察者不同而有所改变 真正的因果律，是要以这种方式来对待才对 ---------- 刚刚我们有提到，相对论并不会破坏事件的因果关系这件事 是基於一个假设条件：「任何讯息传递的速度均不大於光速」 如果我们找到一个讯息传递方式，传递速度大於光速时 那麽，因果律就会被破坏（这件事我就不详谈了，这需要一些证明步骤） 但是，「任何讯息传递的速度均不大於光速」这件事是个非常强的假设 而且事实上，这个假设也受到严重的挑战 它的挑战就是来自於量子力学的发展 量子力学的物质波特性，似忽隐含着一件事： 当在某地所发生的事，在遥远的另一处似忽可以立即反应出来 这件事在众多的实验中均可证实 我用「似忽」两字，是这件事并不是真正的讯息传递 或者更精确地说，目前人类尚无法利用这些实验做出真正的超光速讯息传递 使用「似忽」两字，是因为感觉上好像就只离那麽一步之遥而已 为了这一步之遥，科学家花了几十年时间都还没解决 甚至说得更白一点，直到今天，连 YES / NO 的答案都给不出来 爱因斯坦的 EPR 誖论，就是冲着这个点提出来的 到今天，我们还无法回答，EPR 誖论是否真的成立 即使如此，以 EPR 誖论起头也衍生不少极具实用性的应用 量子通讯就是其中之一 ---------- 有可能会打垮因果律的，是相对论与量子力学相互纠结的许多细微眉角处 而不是原作者所写的，这种概略文字式的略说 因果律这场仗，早在七十年前就已经开打了，而且至今尚未停歇 而且，开打者即是物理学家，直接从理论核心试图将整个根基翻掉 而不是只在外围绕些无关痛痒的文字游戏 : 　　人类对事物的认知并不真切：就连物理量度──原本我们比较信任的认知对象工具 : ──都如此深受主体状态因素所影响，我们怎能确信自己观察量度出来的结果是真切的呢 : ？爱因斯坦在其着作《相对论》中译本三十页里曾提到「我们所看到物体在运动中收缩的 : 现象，事实上并非运动物体的本身在收缩，如是物体本身在收缩，这样就毫无意义了」， : 同理，狭义相对论里的「时间膨胀」，其基於（１）我们必须坚信关於时空的本体论事实 : 只有一个。（２）由於狭义相对论效应（长度缩短、时间膨胀）出现於两不同惯性座标系 : 间的量度，故我们无从区分并判断实际值与测量值──实在界与现象界──是否一致。基 : 於这两点，笔者可以肯定：人类对被观察对象的认知结果的确不真切，而且此狭义相对论 : 效应只是「假象」罢了，实在界（例如运动物体本身的长度）并不可能会因为观察者或被 : 观察者的运动（等速）状态而有所丝毫改变。但是广义相对论（加速座标系与重力场中的 : 时间膨胀、空间弯曲与光线曲折）不是「假象」，例如孪生子问题的两位主角最後回到同 : 一座标系时年龄竟然不同，在这里必须区分广义相对论与狭义相对论是有些不一样的。 : 　　在狭义相对论里，我们无法验证，当现象界改变时，实在界是否与现象界有对等的改 : 变。或许这样说会更清楚：我们根本无法知道实在界究竟发生了什麽，因为我们观察不到 : 被观察者本身，我们只能够观察到光讯号所传递之已发生的事件现象，对人类而言，实在 : 界究竟发生什麽是不重要的，重要的是现象界所发生的一切，这才是真正与主体有关联─ : ─所以什麽是事实？观察者所只能观察到的「现象」就是事实，虽然它不见得「很真实」 : ，但还有什麽会比它「更真实」呢？ 物理学有个很重要的原则： 所有的理论，必须经过实验的印证，才能却保它在学术上的地位 作者这一段写的很乱，很显然的，作者并没有受过严格的数学推导训练 许多话都是以自己的感觉与思考所拼凑出来的 当然，一般初学相对论的学生，都会有类似的疑惑 但要解决这些疑惑，就得靠数学工具，把有问题的眉角细节一一厘清 以作者所提到的孪生子问题，其实不是悖论 它是有明确的解答的（可惜一般的科普书针对这一点都写得不清不楚） 要看这一对双胞胎谁年老谁年轻，不是看 T1 T2 或 T1' T2' 的大小 （会出现孪生子悖论，就是因为 T1 < T2 与 T1' > T2' 同时成立） 但我们刚刚说过了，要论谁年老谁年轻，必须考虑「讯息传递」这件事 把这一对双胞胎拉到同一地点比较年纪大小才有意义 在不同地点所比较的年纪大小并没有任何意义 而拉到同一地点时，双胞胎谁年纪大谁年纪小，年龄相差几岁 是可以精确地计算出来的，不会有矛盾发生 另外作者又提到狭义相对论的长度缩短时间膨胀效应 从文章中来看，作者心中非常执着於绝对的时间与绝对的长度上 （从文中「实质的」三个字可以看出） 在相对论中，并没有存在所谓「实质的」这样的概念 其理论的基准点，都在描述不同的观察者，所看到的种种物理量，之间的转换关系 换句话说，在相对论中，每个观察者都是平等的，之间只存在相对的关系 （所以，相对论这三个字，无论是英文的 Relativity 或中文的相对论 名字取得真好，直接表达这个理论的中心精神） 在一开头，我提到了在自然世界的观察测量，都离不开工具 在观测相对论时，所需的工具是时钟和尺 当甲相对静止於实验室时，甲在观察是所使用的时钟和尺，当然是相对静止於实验室 当乙相对於实验室以 v 的速度运动时 乙在观察是所使用的时钟和尺，当然是相对於实验室以 v 的速度运动 换句话说，进行观察时，观察工具的行为亦会受相对论支配 甲所使用的时钟和尺，与乙所使用的时钟和尺 前者是静止於实验室，後者是相对於实验室以 v 的速度运动 所以，甲所量出来的时间、长度，与乙所量出来的时间、长度，当然有所不同 : （贴者补充：想一想，你「现在」看到的星星，「实际上」是多久以前的星星？） : 　　相对论推翻了牛顿的绝对时空，但并不是没有绝对速度，只是无法找到它罢了，毕竟 : 「相对是建立在绝对上」。如果上帝就在空间的绝对原点，我们将发现，光速的绝对性竟 : 使得上帝隐藏了起来──这似乎是上帝刻意的安排。人们只能掌握跟自己本身状态有关的 : 操作值，再去设想「绝对」是没有意义。人类（主体）是不可能脱离自己的「参考架构」 : 去判断事物；相对论明白告诉我们这点，即使是在物理里，自己对事物的观察（认知）结 : 果永远与本身的状态（主观因素）有密切关系，我们再也无法企求绝对唯一的客观。 : 　　相对论同时促进休谟（ David Hume，1711-1776 ）式的相对主义以前所未有的声势 : 占领现代人的心灵，这在後面会提到。相对论虽然没有开启非决定论的趋势，却是物理近 : 代革命与打击唯物论（注六）的开始。唯物论预先假定有一确定的现在瞬间，一切物质在 : 现在瞬间中都同样实在。 「相对论推翻了牛顿的绝对时空，但并不是没有绝对速度，只是无法找到它罢了」 这句话愈来愈像在传教 全世界没有物理学家是以这种方式理解相对论的 @__@ 作者似乎在宣扬他自己的哲学观 @__@ : 　　爱因斯坦说：「我们力图借助物理学理论，在迷宫中为自己寻求一条道路，藉着通过 : 大量已观察到的情况，来整理和理解我们的感觉印象。我们希望观察到的情况，能够与我 : 们对实在界所作的概念相符合，如果不相信我们的理论结构能理解客观实在界，如果不相 : 信我们世界的内在和谐性，那就不会有任何科学。这种信念，并且永远是一切科学创造的 : 根本动机……在我们所有努力中，在每一次新旧观念之间的戏剧斗争中，我们坚定了永恒 : 的求知欲望……当在求知上所遭遇的困难越多，这种欲望与信念也越增强（注七）。」尽 : 管爱因斯坦始终期待实在界与现象界的紧密统一，正如同他始终不愿放弃物理决定论，但 : 是思潮的发展却离他的期待越来越远，而讽刺地，他的相对论正是这个趋势一开始的源头 : 　　注一：《宇宙漫步者─爱因斯坦》世纪人物传记７，北辰文化股份有限公司，７６年 : ８月出版。 : 　　注二：《思想之谜与人类之梦─现代～当代之部》刘晓波，风云时代出版，相对论部 : 分。 : 　　注三：某事件是否为另一事件的原因，在过去都已决定。它不随现在的不同观察者而 : 改变，光讯号所传递的是已发生的事件，并不是事件本身。 : 　　注四：《相对论》爱因斯坦着，徐氏基金会，页６。 : 　　注五：现象界是表象的集合。 : 　　注六：认为整个实在界毫无例外地可以归结於物质，以及完全从属於物质条件的力量 : ，无需用不系於物质的因素来解释，凡是把实在界与现象界视为一事，即是为 : 其开路。 : 　　注七：《物理的进化》页２０４─２０５，水牛出版社。 --

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