»  物理  2011-04-30 相对与绝对

相对与绝对     江铭辉 五梦网

一、左和右
   
请问在图1中,房子是在路的那一边(左边或右边?),请立刻答复。
  
 
1: 左边或右边?
 
若你正从桥走向山区,那么房子是在左边;但若你正从山上走向桥,则房子是在右边。显然地,当谈到路的左或右时,你必需考虑到所谓左或右是相对于那一个方向。我们说「河的右岸」,这是有意义的,因为河的水流快定了河的方向。所谓河的右岸是指我们面向河流方向时我们的右手边。同样地,我们可以说车子靠右走,因为车的行动选出了两个可能方向之一,即车子行驶时的右手边。
 
我们体验到「左」和「右」的概念是相对的,这概念仅在相关的方向被指明后才有意义。
 
二、现在是白天或晚上 ?
这个问题的答案是看你是在那里发问的,当台北是白天的时候,美国纽约市却
正是晚上。这并没有矛盾,因为白天和晚上是相对的概念。在没有指明是地球上那一地点时,白天、晚上是相对于,我们的问题不可能有确定的答案,譬如同一时刻,在台北可能回答是白天,但在美国可能却答是晚上。
  
2:当台北日正当中时,纽约已经夜幕沉沉。
 
三、那一个大些 ?
 
在下面图3中,如国果从山上看一只狗,则狗显然很小些,但当你走到狗的旁边则又觉得狗大了许多。如图4,这并没有矛盾,你站在不同的观察地点看狗,一个是你站着离狗较近,一个是你站着离狗较远,而狗的大小是根据观察者与狗实际的远近决定,非依照物体之确实大小而定。这种决定物体的大小是相对的。当我们只说出物体的大小而不指明观测点时,这是没有意义的。譬如说:「这塔是在四十五度角下观测的」便没有任何意义;但若说:「这塔是在四十五度角下,从离塔15公尺的某一点观测的」便有明确的意义。
 
   
3:你在山上,因与狗据距离较远,因此觉得狗较小。
 
4:你在狗旁,因与狗据距离较近,因此觉得狗较大。
 
四、绝对被证明是相对的
 
我们常用「上」、「下」两字。究竟这两个概念是绝对的抑或是相对的呢?
历史上不同的时代 这个问题有不同的答案。当人们还不知道地球是个球体,而还以为它是扁平的,像个薄饼的时候,「铅直」被作为绝对的方向。古时候的人以为「铅直」方向在地球表面上任何一点都一样。所以他们很自然地谈到绝对的「上」与绝对的「下」。图5所描述是古代的人所想象的地球,这在今日看起来是非常可笑的,但古人却坚信不疑。
  
5:古人想象中的地球,大地由乌龟和大象支撑。
 
当地球被证实是球形时,人们脑子里的「铅直」开始动摇。因为若地球是个球体,「铅直」的方向必然要按照在地球表面上那一点而定。地球上任何一点的「铅直」方向皆不同(如图6)。因此从图7所示,「上」和「下」这两个观念现在已没有什么意义,除非我们先决定这「上」和「下」是相对于地球上的那一点。所以这些观念便从绝对的变成相对的。宇宙中也没有所谓的铅直方向,因为宇宙中任何一点,我们实在无法说出那个方向是「上」,那个方向是「下」。
  
6:地球是个球体,「铅直」的方向必然要按照在地球表面上那一点而定,每一点铅直的方向都不同。
 
7:上与下是相对的,地球二地,都自以为站在上方。
 
五、「普通常识 」提出抗议
   
我们现在觉得上面所叙述的,都是显而易见,无需争论的。但由历史记载的显示,在过去,人们并不能够这么容易明白「上」「下」的相对性,当某些观念的相对性在日常经验中不太显著时,例如「左」和「右」,人们往往会给它们绝对性的意义。
记得中世纪时代,人们荒谬地反对地球是球形吗?他们说「人怎能倒置而行?」 这当然是因为他们未能认清地球是个球体及牛顿的万有引力存在的原因。如果你不肯接受「铅直」的相对性,而假设台北的「铅直」方向是绝对的,那你便得承认纽约的居民是在倒置而行,同时你应该记得在纽约市人的脑中,台北居民才是正在倒置而行呢?这没有矛盾,因为「铅直」的概念不是绝对的而是相对的。
 
我们应该注意,仅当考虑在地球上距离颇远的两个地点 (例如台北及纽约),我们才开始体悟到相对性对「铅直」的重要。若我们的讨论只限于两个比邻的地点,如台北市内的两间房屋时,我们实际上可以把所有的「铅直」方向当作平行的,即把铅直当作绝对的。仅当涉及的地域面积可以和地球的表面积相拟时,我们才会发现把「铅直」方向作为绝对是多么的可笑和矛盾。
 
六、绝对的出现
  
以上介绍了许多关于相对的事物,但是世界上有没有绝对的东西呢?答案是:有的,爱因斯坦于1905年时,即大胆在其狭义相对论指出,宇宙万物皆以相对状态存在,唯有光速是绝对的,无论用什么方法去测量,光在真空中飞行的速度,永远每秒钟跑3x1O8公尺,相当每秒钟绕地球7周半,这个绝对速度也是目前发现跑得最快的物质啊!

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