历史

第七章 四维世界(2/2)

相对论主张说,一切运动即使是在动力学的意义上说来也都是相对的,那么这并不是一种同语反复的、分析的命题,而是对于下列事实的一个陈述:对任一任意运动,没有哪个参考架占有优先的地位。

    另一方面,在牛顿的物理学中,虽然并没有选择单个的构架或物体,但却选了其中某一群,即所有相对于恒星处在静止位置的或处于匀速直线运动状态的东西。我们把后一群参考系称作伽利略系或惯性系;相对于这群参考系,伽利略形式的惯性原理同牛顿物理学的所有其他定律一样均为真。之后,“空间以太”变成了唯一优先的参考架。但当人们发现一切伽利略参考系对所有力学过程和所有电磁过程(光的传播)同样有效时(爱因斯坦的狭义相对论。1905),“空间以太”又失去了其特殊地位。由于不可能谈什么与以太粒子的重合关系,并从而谈不到以大的“原始同一性”,于是就说明,实体概念不能应用于真空——这是一个具有巨大哲学重要性的结论。

    在牛顿体系及1905年的“狭义相对论”中,加速运动与曲线运。动都具有绝对的性质。只是1915年的“广义相对论”才取消了这一绝对的性质并随同取消了特殊物体群的优先地位,这样就为更满意地满足因果性的要求开辟了道路。无论是牛顿体系还是狭义相对论都没有为惯性系的特殊区别给出任何理由。

    为做到这一点,爱因斯坦不得不试图这样来构写惯性定律:不参照于特殊的物体群(惯性系),而只参照于现存的物体的实际位形。这样做之所以可能,乃是在于下列这一为当时物理学所忽视的极端惊人的事实,这一事实是,某一物体惯性的度量(它的惯性质量)恰好等于这样一个量,该量被用于量度唯一地依赖于物体位形的那种效应(即所谓引力效应)。借助于这一事实,爱因斯坦成功地发现了一条把引力现象与惯性现象都包括进去的定律(并表明这二者根本上是同一样东西)。其结果,不但取消了一切特殊的参考架,废除了限定的参考系,而且实现了世界图象的极大简化。

    广义相对论的基础

    新的运动定律是一种微分定律——换句话说,它把粒子的运动表示为不依赖于世界的位形而唯一地依赖于在该粒子直接邻域内存在的可测量的关系,而这一可测量关系则只是间接地受世界位形的制约。这样,这种运动定律表达了粒子的运动和时间与长度的测量结果之间的关系,而这些测量被假定为是在粒子直接邻域内进行的。而且这些测量通常被指称为关于该处的“空间曲率”或“邻域引力势”的命题。

    这种对于实际的测量方法的参照是理解我们前面所勾画的世界图象的意义的唯一途径,对于这点无论怎么强调也不会过分。

    为建立重合关系,假定了质点至少在一个很短的时间间隔内的原始同一性;而且在真正的重合与紧密接近之间不可能作出严格的区别。此外,全部对重合关系的经验都被一个连续的知觉场所统一。因此,经验的世界被赋予了一种十分特殊的结构,这一结构也许可以用这样的话来构写:对于紧密接近的概念赋予了某种特殊的物理意义,或者换句话说,长度的某个确定的数量级实际上具有了一种特殊性,在该特许的范围之内,根本不可能谈到什么任意的变形。借助四维格式描述实在,是从心理空间(视觉空间、触觉空间等等)中构造出物理空间来的结果。但是,那些心理空间却根本不是相对的。在这些空间的小区域内,长度与运动都可以在绝对的意义上来论述,并不类似于以重合关系为基础的情况。在这些小区域内,欧几里得几何的应用就不仅是一种任意的约定了。虽然如此,对于更大或更小的量值,亦即对于天文的或原子的尺度,究竟应该构造什么样的几何学,这个问题就不再能由心理学而必须纯粹由物理学来决定了。