更離奇的是,時間的量度也是具有相對性的。如果在飛行的火箭上駕駛員和一位在地麵上的朋友都要用他們的表來測量同一事件的時間,他們就會測定出不同的時間。比方,在地麵上的人測定出自己梳頭的時間是20秒,對於從上麵留心觀察的駕駛員來說,這件事是發生在一個正在運動的參照係中,如果他用自己的表來測定時間,他會發現他的朋友花了46秒才把頭梳好。
如果一些事件恰巧在同一時間上出現。我們就說它們同時發生。設想有個人站在田野中兩棵樹的正中間——比如說,一棵橡樹和一棵楓樹。閃電把這兩棵樹擊倒,一位旁觀者看見了這件事,於是說:“兩棵樹恰好同時被擊倒。”這次電擊確實是在他看見之前不一會兒出現的,因為閃光必須從兩棵樹發出傳到他的眼睛。但是他若恰好是在兩棵樹的正中間,光線從橡樹到達他的眼睛所用的時間,就會與從楓樹到達他眼睛所花的時間一樣長。因此,在他的參照係中,這兩個閃光是同時發生的。
現在假設有人駕駛一輛很快的汽車從橡樹開往楓樹,這輛車經過中點時正逢電擊,在光線由橡樹到達汽車的時刻,這輛車已經過了中點,因此光線的行程多於一半的路程。既然這輛車現在越來越靠近楓樹,光線從楓樹到汽車的行程就少於一半的路程。由於閃光是以同一速度傳播,從楓樹出發的一道閃光首先到達汽車,所以駕駛員在看到另一道閃光之前,就看到這一道閃光。就駕駛員的這個在運動的參照係來說,這兩件事並不是同時發生的。
這裏所述的一切,就是時間量度的相對性。這個意見使科學家震驚,因為時間一向被認為是恒定不變的東西,它“川流不息”地通過宇宙,而且到處都是相同的。而今艾伯特證明,時間是相對於觀察者的運動的。如果兩個觀察者都是靜止的,他們就會對時間測定出同樣的值。可是,如果一個觀察者在運動,特別是相對於另一個觀察者而言,他運動非常迅速的話,那末這兩個觀察者測定出的時間就迥然不同了。
就彼此相對運動的兩位觀察者所作的量度而言,最重要的是,這兩個人在他們各自的參照係中都是正確的。汽車司機是對的,要是他說閃電先擊中楓樹的話;站在田野中的人也是對的,要是他說兩棵樹是同時被擊倒的話。每個人就他自己的參照係來說都是對的。現在物理學家都知道,每當他們說明對於質量、時間、長度、速度或其他各種量的量度時,就必須細心地指出做這些量度的參照係。
愛因斯坦說明這些奇妙結論的那篇論文,是科學史中最重要的著作之一。它改變了物理學的最基本的觀念。牛頓曾經把宇宙看成是宇宙鍾(ic clock),恒星和行星在其中都由於萬有引力而各自保持在秩序井然的軌道上。在牛頓看來,物質就是物質,不是“凍結的”潛在的能量;速度加上速度等於更大的速度;時間和長度的量度對於任何人都是相同的。就我們生活於其中的這個低速現象的日常世界來說,牛頓定律仍然是有效的。但是愛因斯坦的理論在這個宇宙的另一個方麵打開了窗口。它展示出宇宙間超高速運動的種種複雜的、而且往往是稀奇古怪的結果。這種速度發生在極小的原子世界裏,也發生在由恒星、行星和以高速穿過空間的河外星係所構成的浩瀚世界中。這種速度告訴我們,對於時間、空間和質量的量度都是相對於做測量的人而言的;這種速度使得能量非常巨大;而且還告訴我們有一種速度——光速——永遠保持相同,不能與其他速度相加而變得更大。
更離奇的是,時間的量度也是具有相對性的。如果在飛行的火箭上駕駛員和一位在地麵上的朋友都要用他們的表來測量同一事件的時間,他們就會測定出不同的時間。比方,在地麵上的人測定出自己梳頭的時間是20秒,對於從上麵留心觀察的駕駛員來說,這件事是發生在一個正在運動的參照係中,如果他用自己的表來測定時間,他會發現他的朋友花了46秒才把頭梳好。
如果一些事件恰巧在同一時間上出現。我們就說它們同時發生。設想有個人站在田野中兩棵樹的正中間——比如說,一棵橡樹和一棵楓樹。閃電把這兩棵樹擊倒,一位旁觀者看見了這件事,於是說:“兩棵樹恰好同時被擊倒。”這次電擊確實是在他看見之前不一會兒出現的,因為閃光必須從兩棵樹發出傳到他的眼睛。但是他若恰好是在兩棵樹的正中間,光線從橡樹到達他的眼睛所用的時間,就會與從楓樹到達他眼睛所花的時間一樣長。因此,在他的參照係中,這兩個閃光是同時發生的。
現在假設有人駕駛一輛很快的汽車從橡樹開往楓樹,這輛車經過中點時正逢電擊,在光線由橡樹到達汽車的時刻,這輛車已經過了中點,因此光線的行程多於一半的路程。既然這輛車現在越來越靠近楓樹,光線從楓樹到汽車的行程就少於一半的路程。由於閃光是以同一速度傳播,從楓樹出發的一道閃光首先到達汽車,所以駕駛員在看到另一道閃光之前,就看到這一道閃光。就駕駛員的這個在運動的參照係來說,這兩件事並不是同時發生的。
這裏所述的一切,就是時間量度的相對性。這個意見使科學家震驚,因為時間一向被認為是恒定不變的東西,它“川流不息”地通過宇宙,而且到處都是相同的。而今艾伯特證明,時間是相對於觀察者的運動的。如果兩個觀察者都是靜止的,他們就會對時間測定出同樣的值。可是,如果一個觀察者在運動,特別是相對於另一個觀察者而言,他運動非常迅速的話,那末這兩個觀察者測定出的時間就迥然不同了。
就彼此相對運動的兩位觀察者所作的量度而言,最重要的是,這兩個人在他們各自的參照係中都是正確的。汽車司機是對的,要是他說閃電先擊中楓樹的話;站在田野中的人也是對的,要是他說兩棵樹是同時被擊倒的話。每個人就他自己的參照係來說都是對的。現在物理學家都知道,每當他們說明對於質量、時間、長度、速度或其他各種量的量度時,就必須細心地指出做這些量度的參照係。