海上生明月,天涯共此时。
情人怨遥夜,竟夕起相思。
灭烛怜光满,披衣觉露滋。
不堪盈手赠,还寝梦佳期。
张九龄的一首《望月怀远》,曾经撩起多少迁客骚人落寞惆怅的情怀。尤其是“天涯共此时”一句,质朴平淡,浑然天成,放在遍地珠玑的唐诗里,也是不可多得的佳句。
但是,如果爱因斯坦看到这首诗,说不定会轻轻摇着一头鸡窝似的乱发,说:Mr.zhang,您的诗写的真是不错!不过呢,根据相对论原理,“天涯共此时”这事儿,严格来说是不存在的。
1|
回到相对论的两个基本假设:相对性原理和光速不变。
从这两个前提,可以推导出一个重要结论:在一个坐标系下看是同时发生的两件事,在另外一个坐标系看就可能不是“同时”的了。
拿物理课上常用的例子说明一下:
假如,有一辆火车正在铁轨上从左到右高速运动。在火车上的正中间点,站着一个观测者,就叫他老万吧。
老万在火车中间点这个位置,点亮了一盏灯。你站在地面上,也注意到了这盏灯。
现在的问题是:这盏灯的灯光到达火车车头,和到达火车车尾,这两个事件,是“同时”发生的吗?
先说老万。他站在火车中间点,距离车头和车尾相等,而光速是固定的,所以,在他看来,这两件事当然是同时发生的。
可是,对于站在地面上的你来说,情况就不一样了。光在往车头和往车尾走的这段时间内,火车在向右移动。
敲黑板,划重点!在你观察的时候,光速是相对于“你”,而不是相对于火车不变。所以,在你看来,老万在火车中间点点亮灯之后,光就从那一个点,以相对于你不变的速度,向车头和车尾走。
结果可想而知,因为火车在行进,当左边的光接触到车尾的时候,右边的光还没有接触到车头。
所以,在火车上的老万看来是天经地义“同时”的两个事件,在地面上的你看来,是有个先来后到的。
2|
米德尔伯里学院的物理学教授理查德·沃夫森,讲过一个更直观的思想实验:
有两架完全相同的飞机,以对于地面同样大小的速度相向、平行飞行。
我们先做一个规定:“事件1”,上面飞机的机头和下面飞机的机尾相遇;“事件2”,下面飞机的机头和上面飞机的机尾相遇。
那么请问,是事件1先发生,还是事件2先发生?
1. 地面坐标:如果你是站在地面上看,显然,事件1和事件2是同时发生的。
2. 上机坐标:如果你从上面的飞机看,因为下面的飞机相对于你,在做高速运动。根据相对论,运动的物体在运动的方向上会变短,你会观察到,下面的飞机比你所在的飞机短。
这就意味着,当上面飞机的机头遇到下机机尾时,下面飞机的机头还没有遇到上机机尾。
所以,从上面的飞机观察,事件1先发生,事件2后发生。
3. 下机坐标:同理,如果你是在下面飞机上观察,就会发现是事件2先发生,事件1后发生。
所谓“同时”,是一个相对的概念。你不能脱离坐标系谈两件事是否“同时”发生。你甚至不能脱离坐标系,谈这两件事是哪个先发生,哪个后发生!
3|
所以你看,当才华横溢、风度翩翩的张九龄吟咏“天涯共时此”时,诗人认定的“时此时刻”,和他心目中“情人”的“此时此刻”,不完全是同频共振的。
在绝对的意义上,你只能活在*自己的*当下,并没有人跟你天涯共此时。
只不过,相比于光速c,不论是对于诗人和“情人”,还是对于火车和飞机,速度都太低了,说“天涯共此时”也没啥毛病。
不过,如果人类可以做接近光速的运动,而事件的发生似乎又是可“先”可“后”的,那么类似《逆转未来》的事件,会不会发生呢?你可以“回到明朝当王爷”吗?
(万维钢《精英日课》笔记)