物理世界奇遇记-第4部分
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“我希望我没有扰乱……”汤普金斯先生带着歉意含糊地说。
他真希望这位目光敏锐的教授没有注意到他后来在听演讲时睡着
了。
“不，不，这没有什么。”这是教授的回答。“人们总是这
样的。”
汤普金斯先生犹豫了一会儿，然后鼓起勇气说：“我实在不
想硬缠着你，不过，我不知道是不是可以问你一个问题——只是
一个小问题？上次在这里的时候，我碰上一位火车司机，他坚持
说，车上的乘客比住在城里的居民老得慢（而不是倒过来）的原
因，全都在于火车不断开开停停。我不明白……”
教授想了一下，然后开始说：“如果两个人都处在匀速相对
运动中，那么。其中每一个人都认为另一个人会老得比他自己慢
——这是相对论的时间延长效应。火车上的乘客会认为车站上的
售票员老得比他慢一些，同样，售票员也会作出结论说，老得比
较慢的不是别人，而是车上的乘客。”
“但是，他们不可能都是对的呀，”汤普金斯先生提出了异
议。
“为什么不可能呢？从他们各自的观点来看，他们双方都是
对的。”
“那么，到底谁是真对呢？”汤普金斯先生打破沙锅问到底。
“你不能这样笼统地提问题。在相对论中，你的观察结果总
是要牵涉到一个特定的观察者——一个相对于所要观察的事物进
行一定运动的观察者。”
“可是我们知道，确实是车上乘客看起来比售票员年轻啊——
这是个无法回避的事实嘛。”接着，汤普金斯先生便描述了他上
次碰到那位经常外出的绅士和他的孙女的情形。
“好了，好了！”教授有点不耐烦地打断他的话。“这正好
是双生子佯谬的重演。你大概还记得，我在第一次演讲中谈到过
这个问题。那位祖父经常受到加速；同他的孙女不一样，他没有
保持恒定的匀速运动状态。所以，正是她能够正确地指望当她祖
父回到家里，可以面对面地进行比较时，他会显得比她更年轻。”
“我想起来了，”汤普金斯先生同意了。“可是，我还是不
明白这是怎么回事。那位孙女可以利用相对论的时间延长效应来
解释为什么她祖父比她年轻，这是没有问题的。对于怎样去认识
他的孙女比他更老这件事，那位祖父难道不会感到为难吗？他怎
么解释这件事呢？“
“哦，”教授回答道，“但是，这个问题我已经在第二次演
讲中讨论过了，你还记得吗？”
这时汤普金斯先生只好说明他是怎么漏过那次演讲的，并且
正想努力通过阅读讲稿把它补回来。
“我明白了。”教授扼要地说，“好吧，我就这样把它归纳
一下：为了使那位祖父能够理解所发生的事，他必须考虑到在他
改变他的运动状态时在他孙女身上会发生什么事。”
“那是什么事呢？”汤普金斯先生问道。
“听着，当他以匀速前进时，他的孙女老得比较慢，这是一
般的时间延长。但是，一旦司机扳动制动阀，或者后来在回程中
进行加速，那就会对他孙女的老化过程产生正好相反的效果：在
那位祖父看来，孙女的老化过程正在加快进行。正是在这些短暂
的非匀速运动的时间内，她的衰老行程超过了她的祖父。因此，
即使她当时认为她在家里匀速地围着锅台转时，她的老化速度一
般会比较慢，但他回家时产生的净效果却是他应该预料到她会比
他更老——而这正是他回家后看到的情形。”
“多么不可思议啊！”汤普金斯先生感叹说。“不过，关于
这一点，科学家们有没有什么证据？有没有什么实验表明确实发
生了这种不同的老化过程呢？”
“当然有啦。在我的第一次演讲里，我提到过在日内瓦的欧
洲核子研究中心实验室里，那环绕空心轮胎回旋的不稳定μ子。
由于它们的速度接近于光速，它们在衰变前的寿命要比实验室中
静止不动的μ子长３０倍。这种运动着的μ子就像是那位祖父，
它们在完成一圈圈短程的旅行，并且受到驱动它们前进和把它们
带回出发点所需要的力的作用。而静止不动的μ子却像是那位孙
女，它们以正常的速度老化，因而比那些运动着的μ子更早地发
生衰变——或者说更早地死亡。
“事实上，还有另一种检验方法，那是一种间接方法。
“其实在非匀速运动的系统中所存在的条件，和一个非常大
的引力的作用结果，是十分相似的——也许，我应该说它们是完
全相同的。你可能已经注意到，当你乘电梯很快地加速向上升的
时候，你就觉得你自己似乎变得重一些；相反，如果电梯在往下
降，你就觉得自己好像失去了重力（要是系住电梯的钢绳断了，
你会认识得更清楚）。这件事的解释是：对于地球的重力还要加
上或扣去加速度所产生的引力场。在加速度与引力之间的这种等
效关系，意味着我们可以通过考察引力对时间所产生的效应，去
研究加速度所产生的效应。已经发现，地球的引力会使处在高塔
塔顶的原子比塔底的原子振动得更快。这正好是爱因斯坦所预言
的加速度应该产生的效应。”
汤普金斯先生皱着眉头。他看不出塔顶原子的加速振动同那
位孙女的加速老化有什么关系。教授注意到他的困惑，便继续说
下去。
“设想你从塔底向上观察塔顶发生的这种加速原子振动吧。
这时，你一直在受到一种外力的作用：为了抵消地心引力的作用，
地板一直在向上推着你。正是这个向上的力参加作用的事实，加
快了被向上推的物体的时间进程。塔顶的原子离开你越远，你同
这些原子之间的所谓引力势差就越大，而这又意味着，比起那些
同你一起呆在塔底的原子来，塔顶的原子会振动得更快。
“同样地，如果你在这列火车上受到某种外力的作用……”
教授中断了一会儿，“事实上，我相信我们的速度正在慢下来，
司机已经在使用制动阀了。妙极了，就在这个时候，你座椅的靠
背正在对你施加一个力，让你的速度发生变化。这是一种朝向火
车后面的作用。在发生这种作用的时候，一切物体上顺着这个方
向发生的时间过程都会变得更快。要是你说的那位孙女就在那里
的话，她身上也会发生这种情形。”
“现在我们是到哪里了？”他望着窗外问道。
火车这时正在一个乡村小站的月台旁边驶过。月台上几乎是
空的，只有站长和一个远远坐在送行李的手推车上看报的年轻搬
运工人。突然，站长双手向天举起，然后一下子扑倒在地上。汤
普金斯先生没有听到枪声，它大概是被火车的噪声淹没了，但是，
从站长身体流出的一大滩血，已经把事情摆得一清二楚。教授马
上扳下紧急刹车阀，火车猛地一跳便停下了。当他们走出车厢的
时候，那个年轻的搬运工人正在向尸体跑去，拾起一把手枪，这
时，有一个乡村警察也正在向出事地点赶来。
“子弹从心脏穿过，”警察检查尸体以后说道，同时把一只
大手按在搬运工人肩上，继续说，“我现在宣布逮捕你这个杀害
站长的凶手。把枪交出来。”
搬运工人惊恐地望着枪。“那不是我的枪。”他喊了起来，
“我是刚刚把它拾起来的，我当时正在看报，听到枪声，我就跑
过来，看到枪在地上。它一定是凶手逃跑时扔下的。”
“多么动听的故事啊！”警察说。
“我告诉你，”搬运工人坚持说，“我没有杀他。我干吗要
对老站长做那种事呢……”他看看四周，然后指着汤普金斯先生
和教授说，“从火车上下来的这两位先生，大概什么全看到了，
他们可以证明，我是无罪的。”
“是的，”汤普金斯先生说，“我亲眼看见，当站长被枪杀
的时候，这个人正在看报，当时他手上并没有枪。我可以凭《圣
经》起誓。”
“但是，你当时是在一列正在行驶的火车上，”警察用权威
的声调说，“这样，你所看见的事情，就什么也证明不了。因为
从月台上看，这个人在那个瞬间可能正好在开枪，难道你不知道，
两件事是不是同时发生，这取决于你从哪一个系统观察问题吗？
乖乖地走吧。”他转向那个搬运工人说。
“对不起，警察先生，”教授插了进来，“可是，你完全错
了。我不认为，到了警察总局，他们也会像你这样疏忽。当然罗，
在你们国家里，同时性这个概念确实是高度相对的。再说，在不
同地点所发生的两个事件是不是可能同时，也确实取决于观察者
的运动状态。但是，即使在你们国家里，也没有一个人能够看到
后果发生在起因之前。你永远不能在一封电报还没有发出的时候，
就收到这封电报，不是吗？难道你能够在打开酒瓶以前，就把瓶
里的酒喝下去？而目前的事实是：我们是在看到站长倒下去以后，
才看见这个工人拾起那把枪的。按照我的理解，你大概是认为由
于火车在运动，我们有可能先看见站长挨了一枪倒下去，然后再
看到凶手开枪把他打死。但是，尊敬的警察先生，我必须指出，
这是完全不可能的，哪怕是在你们这个国家里也不例外。我知道，
在警察部队里，人们要你只相信训令上所写的东西，你要是看看
训令手册，也许你能找到一些有关目前情况的说明。”
教授说话的权威语气深深打动了那个警察，于是，他拿出袖
珍训令手册，开始缓慢地一段段找下去。不久，在他那宽大的红
脸上展现了一个不好意思的笑容。
“这就是了，”他说，“第37节第12款第5条： ‘如有确凿
证据证明在犯罪瞬时或在时间间隔上±d/c内（c是天然速度极限，
d是离开犯罪地点的距离）， 有人看见某嫌疑犯在作另一件事，
则不论证据是否来自运动系统，均应认为是对该犯当时不在犯罪
之完善证明。”
“你自由了，好小子。”他对那个搬运工人说。然后转向教
授：“太感谢你了，先生，要不然，我在总局会碰到麻烦的。我
刚当警察不久，这些条文我还不大熟悉。但是，不管怎样，我总
得把这个凶杀案报告上去啊。”说着，他走过去打电话。”过了
一会儿，他从月台那边喊道：“现在一切都解决了！他们已经在
真正的凶手跑出车站的时候把他捉起来了，再一次谢谢你！”
“我大概是太笨了，”汤普金斯先生说，这时火车正在重新
开动，“不过，你们关于同时不同时的这一大堆讨论，到底是怎
么回事呢？难道在这个国家里，同时性真的没有任何意义吗？”
“确实是这样，”这是他所得到的回答，“但这种说法只有
一定的适用范围，要不然，我就根本无法帮助那个搬运工人了。
你知道，任何物体的运动或任何信号的传播都存在着一个天然速
度极限这一事实，使得同时性这个词失去了它普通字面上的意义。
这一点，通过下面的例子，你会更容易明白一些。假定你有个朋
友住在很远的一个城里，你通过写信同他保持联系，并且飞机是
最快的交通工具，航空信要跑３天才能从你住的城市到达他住的
城市。现在再假定你在星期天出了一件事，并且你知道，同样的
事也要降临到你的朋友头上。很明显，在星期三以前，你是无法
让他知道这一点的。从另一方面说，如果他提前知道你要出这件
事，那么，他能够事先通知你的最晚的时间，是上一个星期四。
这样，从上一个星期四到下一个星期三这６天里，你的朋友既不
能影响你星期天的遭遇，也无法得知你是不是出了事。因此，从
因果关系的角度来看，可以说，他有６天同你断绝了联系。”
“那么，电子邮件是干什么用的呢？”汤普金斯先生指出。
“不过，我已经假定飞机的速度是最大的可能速度了，而这
一点在目前这个国度里是大致正确的。在我们的老家，光速是最
大的速度，不管你发送什么信号，也不能比用无线电送得快。”
“但是，”汤普金斯先生说，“就算飞机的速度是无法超越
的，它与同时性又有什么关系呢？我的朋友和我自己，不是仍旧
同时在吃我们星期天的晚饭吗？”
“不，在这种情况下，你这种说法是没有任何意义的；有的
观察者会同意你的说法。但是，如果有些观察者是从不同的飞机
上进行观察，他们就会坚持说，当你在吃星期天的晚饭时，你的
朋友正在吃星期二的早饭或是星期五的午饭。但是，在３天以外，
谁也没有办法观察到你和你的朋友在同时吃东西了。”
“但是，这怎么可能呢？”汤普金斯先生不相信地喊道。
“这是很简单的事。也许，你已经从我的演讲里注意到这一
点了：从不同的
