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对相对论的思考

2020年7月3日  来源:世界观:现代人必须要懂的科学哲学和科学史 作者:(美)理查德·德威特 提供人:heidong86......

|对相对论的思考|

乍看起来,相对论似乎有非常深远的影响。相对性的推论,比如对不同的观察者来说空间和时间可以是不同的,与我们对空间和时间的强烈直觉是矛盾的。同样地,我们通常认为(而且很坚定地认为)空间和时间是绝对的,即大致上来说,不管在什么地点、对什么人来说,空间和时间都是相同的。

这些关于空间和时间的观点(即空间和时间是绝对的),在牛顿的《原理》中可以找到明确的表述。然而,事实上,这个观点的出现远早于此。至少追溯到古希腊时期,就可以隐约找到“空间和时间是绝对的”观点。简言之,绝对空间和时间的概念至少在很久以前就已经隐约存在了,而在牛顿世界观框架里可以找到对这个概念的明确表述。

不过,假设我们思考一下,在牛顿世界观的观点拼图里,绝对空间和绝对时间更像是核心观点还是外围观点呢?毫无疑问,牛顿本人,以及我们大多数人通常都坚信空间和时间是绝对的。然而,回忆一下我们在第1章中的讨论,判断一个观点是核心观点还是外围观点,并不是根据人们对这个观点的笃信程度。事实上,两种观点之间的区别在于,如果替换这个观点,也就是拼图中的一块拼板,是否会改变整个观点拼图。

从这个角度来看,绝对空间和绝对时间的观点尽管根深蒂固,但并不是核心观点。在牛顿世界观的框架里,即使改变了这些观点,整个观点拼图也不会发生实质性变化。替换这些观点当然需要同时替换其他某些观点,但却不需要把前面提到的机械论的牛顿世界观整个替换掉。你可以继续认为组成宇宙的物体彼此之间以机械的方式相互作用,这个方式也就是一种可以用定律来精确描述的方式。必须改变的是我们对某些命题的理解,比如事件发生的地点和时间,但如前所述,整体的牛顿世界观拼图多少可以保持不变。简言之,尽管对空间和时间并不绝对的发现令人感到意外(实际上我认为是非常出人意料的),但这些事实与机械论的牛顿世界观拼图是一致的。

时空曲率以及相对论对重力颇为不同的定义(即区别于牛顿世界观通常对重力的描述)所带来的影响,也存在类似的情况。发现时空本身会由于物质的存在而受到影响并产生弯曲,令人感到惊讶。同样令人惊讶的是,发现我们一直认为理所当然的对重力的定义(也就是将重力定义为一种吸引力的现实主义概念),如果从相对论对重力定义的角度来考虑,最多只能作为一种工具主义态度来保留。

不过,尽管非常出乎意料,但这些发现和推论并不需要我们摒弃牛顿世界观拼图中的核心拼板。也就是说,我们既可以接受时空曲率和相对论对重力的定义,也不需要对机械论的牛顿世界观拼图进行全盘大规模改变。

这并不是说相对论没有什么重要的影响。即使前面讨论的这些影响不需要我们摒弃牛顿世界观拼图中的核心拼板,但也绝不是无足轻重的(举个例子,就像对冰激凌的喜好是一种外围观点,相对论的这些影响并不是这样单纯的外围观点)。不过,暂时把“相对论迫使我们改变哪些具体观点”的命题放到一边,我认为,相对论真正更重要的影响是,它深刻表明了在一些看起来显而易见的命题上,我们犯了多么严重的错误。或者换句话说,它表明了哲学性/概念性事实伪装成显而易见的经验事实是多么容易。举个例子,我认识的所有人在了解相对论之前都认为空间和时间对任何人来说都是相同的,而且把这当作一个显而易见的经验事实。大家知道,显然不会因为某人或某物恰巧在运动,时间就以不同的速度流逝,或者人们衰老的速度就奇迹般地放慢。大家知道,并不会因为某人或某物在运动,空间就被压缩了,就像在寒冷天气里的气球一样。这些看起来都是那么显而易见的经验事实。然而,这些事实后来不仅被证明并不是显而易见的,而且被证明是错误的。

再思考一下我们的前人关于正圆事实和匀速运动事实的观点,并把这些观点与我们关于绝对空间和绝对时间的观点比较一下。我们的前人认为,天体沿正圆轨道做匀速运动是显而易见的经验事实,他们每个人都知道,对任何只有最少量常识的人来说,这也是显而易见的。但从我们的角度,也就是从一个颇为不同的世界观出发来看,人们能对诸如此类观点如此深信不疑,实在是非常奇怪。大多数人在第一次了解到正圆事实和匀速运动事实时,反应都会是:“为什么会有人相信这些?”

不过,现在思考一下我们的后人。在某个时候,他们会用同样的方式来回顾我们的观点。我们的孙辈和曾孙辈,在回顾我们的时候也会纳闷,为什么我们会相信诸如“空间和时间对每个人都一样”的奇怪观点。

简言之,我们错把绝对空间和时间当作了经验事实,就像我们的前人错把沿正圆轨道进行的匀速运动当作了经验事实一样。在这两个例子里,原本看起来显而易见的经验事实后来都被证明是错误的哲学性/概念性事实。我认为,这才是相对论最重要的影响,因为这生动地表明:一个看起来如此像常识、如此显而易见正确的观点,是如何被证明完全错误的。这应该让我们更加警惕,对其他看来显而易见的、不容置疑的事实,我们到底能多确定。因此,相对论并没有迫使我们改变自己世界观中的核心部分,而是让我们重新思考自己对这个世界的理解能有多大把握。

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