自zi從cong亞ya裏li士shi多duo德de時shi代dai以yi來lai
，人ren們men一yi直zhi以yi為wei力li是shi運yun動dong的de原yuan因yin，沒mei有you力li的de作zuo用yong物wu體ti的de運yun動dong都dou會hui靜jing止zhi。直zhi到dao伽jia利li略lve提ti出chu了le下xia麵mian這zhe一yi個ge家jia喻yu戶hu曉xiao的de思si想xiang實shi驗yan，人ren們men才cai知zhi道dao了le慣guan性xing原yuan理li——一個不受任何外力(或者合外力為0)的物體將保持靜止或勻速直線運動：

 

 

設想一個一個豎直放置的V字(zi)形(xing)光(guang)滑(hua)導(dao)軌(gui)，一(yi)個(ge)小(xiao)球(qiu)可(ke)以(yi)在(zai)上(shang)麵(mian)無(wu)摩(mo)擦(ca)的(de)滾(gun)動(dong)。讓(rang)小(xiao)球(qiu)從(cong)左(zuo)端(duan)往(wang)下(xia)滾(gun)動(dong)，小(xiao)球(qiu)將(jiang)滾(gun)到(dao)右(you)邊(bian)的(de)同(tong)樣(yang)高(gao)度(du)。如(ru)果(guo)降(jiang)低(di)右(you)側(ce)導(dao)軌(gui)的(de)斜(xie)率(lv)，小(xiao)球(qiu)仍(reng)然(ran)將(jiang)滾(gun)動(dong)到(dao)同(tong)樣(yang)高(gao)度(du)
，此(ci)時(shi)小(xiao)球(qiu)在(zai)水(shui)平(ping)方(fang)向(xiang)上(shang)將(jiang)滾(gun)得(de)更(geng)遠(yuan)。斜(xie)率(lv)越(yue)小(xiao)，則(ze)小(xiao)球(qiu)為(wei)了(le)滾(gun)到(dao)相(xiang)同(tong)高(gao)度(du)就(jiu)必(bi)須(xu)滾(gun)得(de)越(yue)遠(yuan)。此(ci)時(shi)再(zai)設(she)想(xiang)右(you)側(ce)導(dao)軌(gui)斜(xie)率(lv)不(bu)斷(duan)降(jiang)低(di)以(yi)至(zhi)於(yu)降(jiang)為(wei)水(shui)平(ping)，則(ze)根(gen)據(ju)前(qian)麵(mian)的(de)經(jing)驗(yan)，如(ru)果(guo)無(wu)摩(mo)擦(ca)力(li)阻(zu)礙(ai)，小(xiao)球(qiu)將(jiang)會(hui)一(yi)直(zhi)滾(gun)動(dong)下(xia)去(qu)，保(bao)持(chi)勻(yun)速(su)直(zhi)線(xian)運(yun)動(dong)。

 

zairenheshijideshiyandangzhong，yinweimocalizongshiwufahulve，suoyirenhezhenshideshiyandouwufayangedizhengmingguanxingyuanli，zheyezhengshigurenmeiyoudechuguanxingyuanlideyuanyin。ranersixiangshiyanjiukeyizuodao
，jinjintongguorichangjingyandeyanshenjiukeyirangrenheyigelixingderenxiangxinguanxingyuanlidezhengquexing
，zheyizuijiandandesixiangshiyanzuyitixianchusixiangshiyandefengmang！

 

 

rengshishouyalishiduodedeyingxiang
，jialilvezhiqianderenmenyiweiyuezhongdewutixialuoyuekuai，eryueqingdewutixialuoyueman。jialilvezaibisaxietashangdezhumingshiyanrenjinjiezhi，keshihenduorenbuzhidaodeshi，qishizaizhezhiqianjialilveyijingtongguoyigesixiangshiyanzhengminglelianggexiaoqiubixutongshiluodi：

 

如ru果guo亞ya裏li士shi多duo德de的de論lun斷duan是shi對dui的de話hua
，那na麼me不bu妨fang設she想xiang把ba一yi個ge重zhong球qiu和he一yi個ge輕qing球qiu綁bang在zai一yi起qi下xia落luo。由you於yu重zhong的de落luo得de快kuai而er輕qing的de落luo得de慢man
，輕qing球qiu會hui拖tuo拽zhuai住zhu重zhong球qiu給gei它ta一yi個ge阻zu力li讓rang它ta減jian速su
，因yin此ci倆liang球qiu的de下xia落luo速su度du應ying該gai會hui介jie於yu重zhong球qiu和he輕qing球qiu下xia落luo速su度du之zhi間jian。然ran而er，如ru果guo把ba兩liang個ge球qiu看kan成cheng一yi個ge整zheng體ti
，則ze總zong重zhong量liang大da於yu重zhong球qiu
，它ta應ying當dang下xia落luo得de比bi重zhong球qiu單dan獨du下xia落luo時shi更geng快kuai的de。於yu是shi這zhe兩liang個ge推tui論lun之zhi間jian自zi相xiang矛mao盾dun
，亞ya裏li士shi多duo德de的de論lun斷duan錯cuo誤wu
，兩liang個ge小xiao球qiu必bi須xu同tong時shi落luo地di。

 

有(you)了(le)上(shang)述(shu)思(si)想(xiang)實(shi)驗(yan)，實(shi)際(ji)上(shang)兩(liang)個(ge)小(xiao)球(qiu)同(tong)時(shi)落(luo)地(di)就(jiu)已(yi)經(jing)不(bu)僅(jin)是(shi)一(yi)個(ge)物(wu)理(li)上(shang)成(cheng)立(li)的(de)定(ding)律(lv)了(le)
，而(er)是(shi)在(zai)邏(luo)輯(ji)上(shang)就(jiu)必(bi)須(xu)如(ru)此(ci)。在(zai)這(zhe)個(ge)例(li)子(zi)中(zhong)，思(si)想(xiang)實(shi)驗(yan)起(qi)到(dao)了(le)真(zhen)實(shi)實(shi)驗(yan)無(wu)法(fa)達(da)到(dao)的(de)作(zuo)用(yong)：即便在我們高中所學的牛頓引力理論不適用的情形

，兩個小球同時落地依然是成立的！後麵我會講到廣義相對論中的等效原理，這個思想實驗在邏輯上的必然成立是愛因斯坦總結出等效原理的關鍵因素。

 

 

 

如ru圖tu
，一yi門men架jia在zai高gao山shan上shang的de大da炮pao以yi很hen高gao的de速su度du向xiang外wai水shui平ping地di發fa射she炮pao彈dan，炮pao彈dan速su度du越yue快kuai，就jiu會hui落luo到dao越yue遠yuan的de地di方fang。一yi旦dan速su度du足zu夠gou快kuai，則ze炮pao彈dan就jiu永yong遠yuan也ye不bu會hui落luo地di
，而er是shi會hui繞rao著zhe地di球qiu作zuo周zhou期qi性xing的de運yun動dong。

 

牛頓的這一簡單的思想實驗，第一次讓人們認識到，原來月球不會掉到地上來（也不會飛走）的原因，正是導致蘋果落地的引力！牛頓的引力理論促成了人們認識上的一個飛躍：天上的東西並不“神聖”，他們遵循的規律和地上的普通物體完全一致。

 

 

 

用yong長chang繩sheng吊diao一yi水shui桶tong，讓rang它ta旋xuan轉zhuan至zhi繩sheng扭niu緊jin，然ran後hou將jiang水shui注zhu入ru，水shui與yu桶tong暫zan時shi都dou處chu於yu靜jing止zhi中zhong，這zhe時shi顯xian然ran液ye麵mian水shui平ping。再zai突tu然ran使shi桶tong反fan方fang向xiang旋xuan轉zhuan，剛gang開kai始shi的de時shi候hou水shui麵mian並bing未wei跟gen隨sui著zhe運yun動dong，此ci時shi水shui麵mian仍reng然ran水shui平ping。但dan是shi後hou來lai，桶tong逐zhu漸jian把ba運yun動dong傳chuan遞di給gei水shui，使shi水shui也ye開kai始shi旋xuan轉zhuan，就jiu可ke以yi看kan到dao水shui漸jian漸jian離li開kai其qi中zhong心xin而er沿yan桶tong壁bi上shang升sheng形xing成cheng凹ao麵mian。運yun動dong越yue快kuai
，水shui升sheng的de越yue高gao。倘tang若ruo此ci時shi突tu然ran讓rang桶tong靜jing止zhi，水shui由you於yu慣guan性xing仍reng將jiang旋xuan轉zhuan，此ci時shi的de液ye麵mian仍reng為wei凹ao麵mian。牛niu頓dun認ren為wei，水shui麵mian的de下xia凹ao
，不bu是shi由you水shui對dui周zhou圍wei的de相xiang對dui運yun動dong造zao成cheng的de，而er是shi由you水shui的de絕jue對dui的de
、真正的圓周運動造成的，因此由水麵的下凹就可以判斷絕對運動的存在。

 

這zhe一yi思si想xiang實shi驗yan
，是shi牛niu頓dun為wei了le論lun證zheng絕jue對dui空kong間jian的de存cun在zai而er設she計ji出chu來lai的de。然ran而er，眾zhong所suo周zhou知zhi
，牛niu頓dun的de絕jue對dui時shi空kong觀guan其qi實shi是shi錯cuo誤wu的de，也ye就jiu是shi說shuo這zhe一yi思si想xiang實shi驗yan其qi實shi是shi個ge失shi敗bai的de例li子zi。這zhe一yi謬miu誤wu，在zai100多年之後才被哲學家兼物理學家馬赫所指出。馬赫認為，水麵的凹陷，並不是由於水相對於“絕對空間”的(de)運(yun)動(dong)，而(er)是(shi)由(you)於(yu)相(xiang)對(dui)宇(yu)宙(zhou)間(jian)的(de)所(suo)有(you)其(qi)他(ta)物(wu)體(ti)的(de)運(yun)動(dong)
，這(zhe)些(xie)其(qi)他(ta)所(suo)有(you)物(wu)體(ti)通(tong)過(guo)引(yin)力(li)對(dui)水(shui)施(shi)加(jia)了(le)作(zuo)用(yong)。其(qi)中(zhong)起(qi)決(jue)定(ding)性(xing)作(zuo)用(yong)的(de)物(wu)體(ti)則(ze)是(shi)遙(yao)遠(yuan)的(de)天(tian)體(ti)，正(zheng)是(shi)遙(yao)遠(yuan)的(de)天(tian)體(ti)的(de)“參考係拖拽”作(zuo)用(yong)使(shi)得(de)相(xiang)對(dui)於(yu)它(ta)們(men)旋(xuan)轉(zhuan)的(de)液(ye)麵(mian)發(fa)生(sheng)了(le)凹(ao)陷(xian)。馬(ma)赫(he)認(ren)為(wei)並(bing)不(bu)存(cun)在(zai)絕(jue)對(dui)空(kong)間(jian)
，所(suo)有(you)參(can)考(kao)係(xi)等(deng)價(jia)。倘(tang)若(ruo)能(neng)夠(gou)使(shi)水(shui)麵(mian)保(bao)持(chi)靜(jing)止(zhi)
，而(er)讓(rang)所(suo)有(you)遙(yao)遠(yuan)天(tian)體(ti)一(yi)同(tong)旋(xuan)轉(zhuan)，按(an)照(zhao)馬(ma)赫(he)的(de)觀(guan)點(dian)，靜(jing)止(zhi)水(shui)麵(mian)將(jiang)產(chan)生(sheng)凹(ao)液(ye)麵(mian)。

 

我(wo)們(men)顯(xian)然(ran)無(wu)法(fa)做(zuo)這(zhe)樣(yang)的(de)實(shi)驗(yan)
，但(dan)是(shi)如(ru)果(guo)用(yong)幾(ji)公(gong)裏(li)厚(hou)的(de)水(shui)桶(tong)做(zuo)上(shang)麵(mian)的(de)水(shui)桶(tong)實(shi)驗(yan)，則(ze)人(ren)們(men)便(bian)不(bu)能(neng)肯(ken)定(ding)牛(niu)頓(dun)對(dui)液(ye)麵(mian)的(de)平(ping)凹(ao)的(de)判(pan)斷(duan)了(le)。。後(hou)來(lai)，馬(ma)赫(he)的(de)觀(guan)點(dian)對(dui)愛(ai)因(yin)斯(si)坦(tan)發(fa)明(ming)廣(guang)義(yi)相(xiang)對(dui)論(lun)產(chan)生(sheng)了(le)決(jue)定(ding)性(xing)的(de)影(ying)響(xiang)
，馬(ma)赫(he)原(yuan)理(li)本(ben)身(shen)也(ye)隨(sui)著(zhe)廣(guang)義(yi)相(xiang)對(dui)論(lun)的(de)逐(zhu)漸(jian)證(zheng)實(shi)而(er)得(de)到(dao)了(le)廣(guang)泛(fan)認(ren)可(ke)。

 

 

在20世紀的宇宙大爆炸理論提出之前


，人們對於宇宙的認識是樸素的：宇宙無限大
、存在的時間無限長、宇宙處於穩恒態、宇宙中的星體分布在大尺度上均勻。然而那時的人們不知道的是，從這四條基本假設卻可以邏輯地推出與事實明顯相悖的結論——奧伯斯佯謬：

 

如ru果guo宇yu宙zhou是shi穩wen恒heng，無wu限xian大da，時shi空kong平ping直zhi的de，其qi中zhong均jun勻yun分fen布bu著zhe同tong樣yang的de發fa光guang體ti，由you於yu發fa光guang體ti的de照zhao度du與yu距ju離li的de平ping方fang成cheng反fan比bi，而er一yi定ding距ju離li上shang球qiu殼ke內nei的de發fa光guang體ti數shu目mu和he距ju離li的de平ping方fang成cheng正zheng比bi

，這zhe樣yang就jiu使shi得de對dui全quan部bu發fa光guang體ti的de照zhao度du的de積ji分fen不bu收shou斂lian
，黑hei夜ye的de天tian空kong應ying當dang是shi無wu限xian亮liang的de。

 

ranermeitiandeheiyezongshiruqijianglin，tiankongbingbushiyizhiwuxianliangzhe。zhejiushuomingyiqianwomenduiyuzhouderenshicunzaiwenti。aobosibenrengeichuleyigejieshi，tarenweiyuzhouzhongcunzaidechenai、不(bu)發(fa)光(guang)的(de)星(xing)體(ti)吸(xi)收(shou)了(le)一(yi)部(bu)分(fen)光(guang)線(xian)。然(ran)而(er)這(zhe)個(ge)解(jie)釋(shi)是(shi)錯(cuo)誤(wu)的(de)，因(yin)為(wei)根(gen)據(ju)熱(re)力(li)學(xue)第(di)一(yi)定(ding)律(lv)
，能(neng)量(liang)必(bi)定(ding)守(shou)恒(heng)

，故(gu)此(ci)中(zhong)間(jian)的(de)阻(zu)隔(ge)物(wu)會(hui)變(bian)熱(re)而(er)開(kai)始(shi)放(fang)出(chu)輻(fu)射(she)，結(jie)果(guo)導(dao)致(zhi)天(tian)上(shang)有(you)均(jun)勻(yun)的(de)輻(fu)射(she)，溫(wen)度(du)應(ying)當(dang)等(deng)於(yu)發(fa)光(guang)體(ti)表(biao)麵(mian)的(de)溫(wen)度(du)，也(ye)即(ji)天(tian)空(kong)和(he)星(xing)體(ti)一(yi)樣(yang)亮(liang)
，然(ran)而(er)事(shi)實(shi)上(shang)沒(mei)有(you)觀(guan)察(cha)到(dao)這(zhe)種(zhong)現(xian)象(xiang)。直(zhi)到(dao)宇(yu)宙(zhou)大(da)爆(bao)炸(zha)理(li)論(lun)的(de)提(ti)出(chu)，奧(ao)伯(bo)斯(si)佯(yang)謬(miu)才(cai)迎(ying)刃(ren)而(er)解(jie)。根(gen)據(ju)大(da)爆(bao)炸(zha)理(li)論(lun)，宇(yu)宙(zhou)誕(dan)生(sheng)於(yu)150yinianqiandeyigedabaozha，daoxianzaiyuzhourengchuzaipengzhangdeguochengdangzhong，yinci，yuzhoudecunzaishijianbianshiyouxiande
，bingqiebingfeichuzaiwenhengtai。sitiaojibenjiashedeliangtiaoyijingbuzaichengli
，yinciaobosiyangmiuyeziranbeiwajie。

 

 

牛niu頓dun之zhi後hou的de時shi代dai，經jing典dian力li學xue在zai描miao述shu世shi界jie上shang產chan生sheng了le巨ju大da的de成cheng功gong，人ren們men逐zhu漸jian的de相xiang信xin世shi界jie是shi可ke以yi用yong物wu理li定ding律lv機ji械xie地di描miao述shu的de。比bi較jiao極ji端duan地di，拉la普pu拉la斯si就jiu相xiang信xin機ji械xie決jue定ding論lun
，認ren為wei世shi間jian萬wan物wu（包括人類、社會）都逃不過確定的物理定律的掌控。

 

“womenkeyibayuzhouxianzaidezhuangtaishiweiqiguoquguoyijiweilaideyin。ruguoyigezhinengzhidaomouyikesuoyouziranyundongdelihesuoyouzirangouchengdewujiandeweizhi
，jiarutayenenggouduizhexieshujujinxingfenxi，nayuzhoulizuidadewutidaozuixiaodelizideyundongdouhuibaohanzaiyitiaojiandangongshizhong。duiyuzhezhizhelaishuomeiyoushiwuhuishihanhude，erweilaizhihuixiangguoqubanchuxianzaitamianqian。”——拉普拉斯

 

拉普拉斯提到的“智能”，便是後人所稱的“拉普拉斯妖”。倘若拉普拉斯妖是存在的，那這個世界也太可怕了：你我的行為全部都可以通過計算得出，我們的命運也全都被物理定律+初始條件嚴格的定出了，沒有什麼會是計算之外的
，那生活還有什麼樂趣可言！xingyundeshi
，hundunlilunheliangzilixuedefazhan，ranglapulasiyaoyongyuanyebukenengcunzaile。liangzilixuegaosuwomen
，wuliliangdoushiyoubuquedingxingde，bukenengwuwuchadijingqueceliang。erhundunlilunzebiaoming，zhiyaosheji3gejigengduodewuti，chushitiaojiandejiqiweixiaodechabiejiangdaozhizuihoujieguodeqianchawanbie。conglingyigejiaodulaishuo，lapulasiyaoshijiyujingdianlixuekeniguochengde，ranerzhenshidexitongqueshimanzurelixuedierdinglv（熵增原理）的不可逆過程。因此世界仍是充滿不確定性充滿了驚喜的，人也可以憑借自己的主觀努力去改變自己的命運。

 

 

 

中學時我們都曾學過熱力學第二定律（熵增原理）：孤立係統的不可逆過程熵總是在增加。“落葉永離，覆水難收；欲死灰之複燃

，艱乎其力；願破鏡之重圓，冀也無端；人生易老，返老還童隻是幻想；生米煮成熟飯
，無可挽回...”這(zhe)些(xie)都(dou)是(shi)熵(shang)增(zeng)原(yuan)理(li)在(zai)實(shi)際(ji)生(sheng)活(huo)中(zhong)的(de)反(fan)應(ying)
，它(ta)現(xian)在(zai)也(ye)已(yi)經(jing)成(cheng)為(wei)了(le)物(wu)理(li)學(xue)中(zhong)最(zui)牢(lao)不(bu)可(ke)破(po)的(de)原(yuan)理(li)之(zhi)一(yi)。然(ran)而(er)當(dang)年(nian)麥(mai)克(ke)斯(si)韋(wei)卻(que)曾(zeng)提(ti)出(chu)過(guo)一(yi)個(ge)對(dui)熵(shang)增(zeng)原(yuan)理(li)的(de)詰(jie)難(nan)，非(fei)常(chang)令(ling)人(ren)困(kun)惑(huo)：

 

一個絕熱容器被分成相等的兩格，中間是由“麥克斯韋妖”控製的一扇小“門”，容器中的空氣分子作無規則熱運動時會向門上撞擊

，“門”可(ke)以(yi)選(xuan)擇(ze)性(xing)的(de)將(jiang)速(su)度(du)較(jiao)快(kuai)的(de)分(fen)子(zi)放(fang)入(ru)一(yi)格(ge)
，而(er)較(jiao)慢(man)的(de)分(fen)子(zi)放(fang)入(ru)另(ling)一(yi)格(ge)
，這(zhe)樣(yang)，其(qi)中(zhong)的(de)一(yi)格(ge)就(jiu)會(hui)比(bi)另(ling)外(wai)一(yi)格(ge)溫(wen)度(du)高(gao)，係(xi)統(tong)的(de)熵(shang)降(jiang)低(di)了(le)。可(ke)以(yi)利(li)用(yong)此(ci)溫(wen)差(cha)，驅(qu)動(dong)熱(re)機(ji)做(zuo)功(gong)，而(er)這(zhe)是(shi)與(yu)熱(re)力(li)學(xue)第(di)二(er)定(ding)律(lv)相(xiang)矛(mao)盾(dun)的(de)。

 

對於這個詰難的反駁，可並不是一件輕鬆的事情。有人可能以為麥克斯韋妖在打開、guanbimendeshihouxuyaoxiaohaonengliang，zhelichanshengdeshangzenghuidixiaodiaoxitongshangdejiangdi。ranerkaiguanmenxiaohaodenengliangquebushibenzhide，takeyirenyijiangdidaozugouxiao。duiyumaikesiweiyaodezhenzhengjieshi，zhidao20世紀才被揭開。關於熵的問題向來比較難懂，因此我直接引用趙凱華先生在《新概念力學·熱學》中的話：“麥mai克ke斯si韋wei妖yao有you獲huo得de和he存cun儲chu分fen子zi運yun動dong信xin息xi的de能neng力li
，它ta靠kao信xin息xi來lai幹gan預yu係xi統tong
，使shi它ta逆ni著zhe自zi然ran界jie的de方fang向xiang進jin行xing。按an現xian代dai的de觀guan點dian
，信xin息xi就jiu是shi負fu熵shang，麥mai克ke斯si韋wei妖yao將jiang負fu熵shang輸shu入ru給gei係xi統tong，降jiang低di了le它ta的de熵shang。
 

那(na)麼(me)，麥(mai)克(ke)斯(si)韋(wei)妖(yao)怎(zen)樣(yang)才(cai)能(neng)獲(huo)得(de)所(suo)需(xu)的(de)信(xin)息(xi)呢(ne)？它(ta)必(bi)須(xu)有(you)一(yi)個(ge)溫(wen)度(du)與(yu)環(huan)境(jing)不(bu)同(tong)的(de)微(wei)型(xing)光(guang)源(yuan)去(qu)照(zhao)亮(liang)分(fen)子(zi)，這(zhe)就(jiu)需(xu)要(yao)耗(hao)費(fei)一(yi)定(ding)的(de)能(neng)量(liang)
，產(chan)生(sheng)額(e)外(wai)的(de)熵(shang)。麥(mai)克(ke)斯(si)韋(wei)妖(yao)正(zheng)是(shi)以(yi)此(ci)為(wei)代(dai)價(jia)才(cai)獲(huo)得(de)了(le)所(suo)需(xu)的(de)信(xin)息(xi)（即負熵）的
，這額外熵的產生補償了係統裏熵的減少。總起來說，即使真有麥克斯韋妖存在，它的工作方式也不違反熱力學第二定律。”
 

 

愛(ai)因(yin)斯(si)坦(tan)的(de)狹(xia)義(yi)相(xiang)對(dui)論(lun)建(jian)立(li)了(le)全(quan)新(xin)的(de)時(shi)空(kong)觀(guan)，對(dui)於(yu)當(dang)時(shi)的(de)人(ren)們(men)來(lai)說(shuo)難(nan)以(yi)接(jie)受(shou)。因(yin)此(ci)自(zi)從(cong)提(ti)出(chu)以(yi)來(lai)

，狹(xia)義(yi)相(xiang)對(dui)論(lun)就(jiu)受(shou)到(dao)了(le)各(ge)種(zhong)詰(jie)難(nan)，其(qi)中(zhong)最(zui)著(zhu)名(ming)的(de)當(dang)屬(shu)雙(shuang)生(sheng)子(zi)佯(yang)謬(miu)。但(dan)是(shi)無(wu)論(lun)如(ru)何(he)詰(jie)難(nan)，狹(xia)義(yi)相(xiang)對(dui)論(lun)都(dou)可(ke)以(yi)很(hen)完(wan)美(mei)的(de)給(gei)出(chu)解(jie)釋(shi)，所(suo)有(you)的(de)佯(yang)謬(miu)都(dou)被(bei)一(yi)一(yi)化(hua)解(jie)

，研(yan)究(jiu)這(zhe)些(xie)佯(yang)謬(miu)可(ke)以(yi)更(geng)加(jia)深(shen)刻(ke)的(de)理(li)解(jie)狹(xia)義(yi)相(xiang)對(dui)論(lun)的(de)時(shi)空(kong)觀(guan)。

 

在狹義相對論中，運動的參考係時間會變緩，即所謂的動鍾變慢效應。現在設想這樣一個情景：有一對雙胞胎A和B，A留在地球上，B乘坐接近光速的飛船向宇宙深處飛去。飛船在飛出一段距離之後掉頭往回飛
，最終降落回地球
，兩兄弟見麵。現在問題來了：A認為B在運動的時候時間變慢，B應當比A年輕；而同樣地
，在B看來，是A一直在運動，是A的時間變慢了，A應當比B年輕才是。那麼兄弟倆究竟誰更年輕呢？狹義相對論是否自相矛盾了
？

 

事實上，理解雙生子佯謬的關鍵，是要清楚A和B的地位並不對等：兩人中隻有B經曆了加速過程

，B在飛船掉頭的時候不可避免的要經曆一次加速。因此，隻有A才是處在狹義相對論成立的慣性係當中
，隻有A的看法是正確的：當兄弟倆見麵時
，B比A更年輕。類似的效應已經被精密實驗所證實了。其實隻要用狹義相對論做詳盡的計算，也能夠從B的角度理解為什麼B比A更(geng)年(nian)輕(qing)，但(dan)是(shi)這(zhe)不(bu)得(de)不(bu)做(zuo)繁(fan)瑣(suo)的(de)計(ji)算(suan)，這(zhe)裏(li)就(jiu)不(bu)給(gei)出(chu)了(le)。至(zhi)此(ci)我(wo)們(men)可(ke)以(yi)放(fang)心(xin)地(di)說(shuo)，狹(xia)義(yi)相(xiang)對(dui)論(lun)在(zai)這(zhe)個(ge)問(wen)題(ti)上(shang)是(shi)沒(mei)有(you)包(bao)含(han)矛(mao)盾(dun)的(de)。但(dan)是(shi)出(chu)去(qu)旅(lv)遊(you)一(yi)圈(quan)的(de)雙(shuang)胞(bao)胎(tai)兄(xiong)弟(di)居(ju)然(ran)回(hui)來(lai)就(jiu)比(bi)較(jiao)年(nian)輕(qing)了(le)，這(zhe)一(yi)點(dian)可(ke)是(shi)顛(dian)覆(fu)了(le)大(da)多(duo)數(shu)人(ren)的(de)世(shi)界(jie)觀(guan)的(de)...可是這是事實，不信也得信呀！

 

 

在中學裏大家都學了質量的概念，然而事實上是有兩種不同的質量的：慣性質量和引力質量。慣性質量是F=ma中的m，它是慣性大小的量度；引力質量是F=GMm/r^2中的m
，它(ta)是(shi)引(yin)力(li)大(da)小(xiao)的(de)量(liang)度(du)。之(zhi)所(suo)以(yi)中(zhong)學(xue)裏(li)並(bing)不(bu)對(dui)這(zhe)二(er)者(zhe)進(jin)行(xing)區(qu)分(fen)，是(shi)因(yin)為(wei)這(zhe)二(er)者(zhe)精(jing)確(que)地(di)相(xiang)等(deng)。這(zhe)一(yi)事(shi)實(shi)並(bing)不(bu)是(shi)理(li)所(suo)當(dang)然(ran)的(de)，而(er)愛(ai)因(yin)斯(si)坦(tan)正(zheng)是(shi)通(tong)過(guo)這(zhe)一(yi)神(shen)奇(qi)的(de)事(shi)實(shi)，歸(gui)納(na)出(chu)了(le)廣(guang)義(yi)相(xiang)對(dui)論(lun)的(de)一(yi)個(ge)基(ji)本(ben)假(jia)設(she)：等效原理。

 

 

設想一個處於自由空間（沒有引力作用）中的宇宙飛船
，它以a=9.8m/s^2的加速度做加速直線運動。倘若裏麵的人扔出一個小球，小球由於慣性
，將以9.8m/s^2的加速度落地
；而(er)這(zhe)正(zheng)如(ru)一(yi)個(ge)處(chu)於(yu)引(yin)力(li)場(chang)中(zhong)的(de)慣(guan)性(xing)係(xi)所(suo)表(biao)現(xian)的(de)那(na)樣(yang)。非(fei)慣(guan)性(xing)係(xi)中(zhong)的(de)慣(guan)性(xing)力(li)正(zheng)比(bi)於(yu)慣(guan)性(xing)質(zhi)量(liang)，而(er)引(yin)力(li)則(ze)正(zheng)比(bi)於(yu)引(yin)力(li)質(zhi)量(liang)。慣(guan)性(xing)質(zhi)量(liang)與(yu)引(yin)力(li)質(zhi)量(liang)相(xiang)等(deng)這(zhe)一(yi)事(shi)實(shi)，導(dao)致(zhi)了(le)慣(guan)性(xing)力(li)與(yu)引(yin)力(li)這(zhe)兩(liang)種(zhong)效(xiao)應(ying)無(wu)法(fa)區(qu)分(fen)，這(zhe)就(jiu)是(shi)弱(ruo)等(deng)效(xiao)原(yuan)理(li)。愛(ai)因(yin)斯(si)坦(tan)進(jin)一(yi)步(bu)推(tui)廣(guang)

，對(dui)於(yu)一(yi)切(qie)物(wu)理(li)過(guo)程(cheng)（不僅僅是力學過程），自由空間中的加速運動參考係，與引力作用下的慣性係，這二者在原則上完全不可區分
，這就是強等效原理。

 

“引yin力li場chang中zhong一yi切qie物wu體ti都dou具ju有you同tong一yi的de加jia速su度du，這zhe條tiao定ding律lv也ye可ke表biao述shu為wei慣guan性xing質zhi量liang同tong引yin力li質zhi量liang相xiang等deng，它ta當dang時shi就jiu使shi我wo認ren識shi到dao它ta的de全quan部bu重zhong要yao性xing。我wo為wei它ta的de存cun在zai感gan到dao極ji為wei驚jing奇qi，並bing且qie猜cai想xiang其qi中zhong必bi有you一yi把ba可ke以yi更geng深shen入ru了le解jie慣guan性xing和he引yin力li的de鑰yao匙chi。”——愛因斯坦。

 

 

 

薛定諤的貓恐怕是物理界最著名的一隻虛構小動物了，它是量子力學的創始人之一——薛定諤為了說明量子力學並不完備而提出的：

 

把一隻貓放進一個封閉的盒子裏

，然後把這個盒子連接到一個包含一個放射性原子核和一個裝有有毒氣體的容器的實驗裝置。設想這個放射性原子核在一個小時內有50％的(de)可(ke)能(neng)性(xing)發(fa)生(sheng)衰(shuai)變(bian)。如(ru)果(guo)發(fa)生(sheng)衰(shuai)變(bian)，它(ta)將(jiang)會(hui)發(fa)射(she)出(chu)一(yi)個(ge)粒(li)子(zi)，而(er)發(fa)射(she)出(chu)的(de)這(zhe)個(ge)粒(li)子(zi)將(jiang)會(hui)觸(chu)發(fa)這(zhe)個(ge)實(shi)驗(yan)裝(zhuang)置(zhi)，打(da)開(kai)裝(zhuang)有(you)毒(du)氣(qi)的(de)容(rong)器(qi)，從(cong)而(er)殺(sha)死(si)這(zhe)隻(zhi)貓(mao)。根(gen)據(ju)量(liang)子(zi)力(li)學(xue)，未(wei)進(jin)行(xing)觀(guan)察(cha)時(shi)，這(zhe)個(ge)原(yuan)子(zi)核(he)處(chu)於(yu)已(yi)衰(shuai)變(bian)和(he)未(wei)衰(shuai)變(bian)的(de)疊(die)加(jia)態(tai)

，貓(mao)則(ze)處(chu)在(zai)死(si)和(he)活(huo)的(de)疊(die)加(jia)態(tai)，即(ji)“既死又活”（而不是很多人誤解的“半死不活”、“要麼死要麼活”）。但是，如果在一個小時後把盒子打開，實驗者隻能看到“衰變的原子核和死貓”或者“未衰變的原子核和活貓”兩種情況。現在的問題是：這(zhe)個(ge)係(xi)統(tong)從(cong)什(shen)麼(me)時(shi)候(hou)開(kai)始(shi)不(bu)再(zai)處(chu)於(yu)兩(liang)種(zhong)不(bu)同(tong)狀(zhuang)態(tai)的(de)疊(die)加(jia)態(tai)而(er)成(cheng)為(wei)其(qi)中(zhong)的(de)一(yi)種(zhong)？在(zai)打(da)開(kai)盒(he)子(zi)觀(guan)察(cha)以(yi)前(qian)


，這(zhe)隻(zhi)貓(mao)是(shi)死(si)了(le)還(hai)是(shi)活(huo)著(zhe)抑(yi)或(huo)既(ji)死(si)又(you)活(huo)？這(zhe)個(ge)實(shi)驗(yan)的(de)原(yuan)意(yi)是(shi)想(xiang)說(shuo)明(ming)，如(ru)果(guo)不(bu)能(neng)對(dui)波(bo)函(han)數(shu)塌(ta)縮(suo)以(yi)及(ji)對(dui)這(zhe)隻(zhi)貓(mao)所(suo)處(chu)的(de)狀(zhuang)態(tai)給(gei)出(chu)一(yi)個(ge)合(he)理(li)解(jie)釋(shi)的(de)話(hua)
，量(liang)子(zi)力(li)學(xue)本(ben)身(shen)是(shi)不(bu)完(wan)備(bei)的(de)。

 

薛xue定ding諤e的de貓mao是shi物wu理li學xue家jia的de一yi個ge噩e夢meng，它ta把ba微wei觀guan的de量liang子zi力li學xue效xiao應ying放fang大da到dao了le宏hong觀guan的de日ri常chang生sheng活huo，使shi得de一yi切qie都dou變bian得de十shi分fen詭gui異yi。對dui於yu薛xue定ding諤e的de貓mao的de解jie釋shi，涉she及ji到dao了le多duo種zhong對dui量liang子zi力li學xue的de深shen刻ke哲zhe學xue理li解jie，本ben文wen就jiu不bu詳xiang述shu了le
，如ru果guo你ni想xiang搞gao清qing楚chu這zhe隻zhi神shen奇qi的de貓mao的de命ming運yun，那na麼me請qing到dao物wu理li學xue院yuan來lai學xue習xi吧ba！

 

 

sixiangshiyanshiwulixueshishangweidadezhihuijiejing

，huiguyifanzuyikanchuqizhongshanyaodezhihuiguangmang。wangzhexiesixiangshiyannenggougeiduzhedailaiduishijierenshideqidiba。