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        全局最佳時間

        時間:2023-02-09 理論教育 版權反饋
        【摘要】:全局最佳時間可以挑選出這樣一批觀測者:他們散布于宇宙的各個角落,卻都用全局最佳時間校準自己的時間。同時的相對性原理聲稱,沒有任何物體可以處于絕對靜止狀態(tài)。然而現(xiàn)在,我們要重返全局最佳時間,它否認了愛因斯坦擊敗以太說的偉大勝利。這一憂慮成為一道心理障礙,阻礙著人們接受時間的真實性。全局最佳時間的存在意味著最佳觀測者的存在。

        全局最佳時間可以挑選出這樣一批觀測者:他們散布于宇宙的各個角落,卻都用全局最佳時間校準自己的時間。這種觀測者的存在意味著絕對靜止狀態(tài)的存在。絕對靜止狀態(tài),這一概念使人回想起亞里士多德的靜止觀,或是19世紀物理學中的以太說。愛因斯坦以狹義相對論一舉擊敗了以上兩種觀點。愛因斯坦之前的物理學家,往往相信光的傳播需要媒介,因而認為以太不可或缺。同時的相對性原理聲稱,沒有任何物體可以處于絕對靜止狀態(tài)。據(jù)此,愛因斯坦否認了以太說。

        這樣看來,重提絕對靜止狀態(tài)不僅會制造矛盾,同時也令人沮喪。否認以太說常常被認為是一次批判性推理戰(zhàn)勝惰性思考的典范。早先,人們可以相當容易地通過亞里士多德的觀點來描述世界。后來,伽利略和牛頓建立了慣性系的相對性原理。據(jù)此原理,人們再也無法通過觀測物體的運動與否來探測物體是否處于絕對靜止狀態(tài)。但是,靜止就是不動的觀念依然在物理學家的頭腦中默默潛伏。當理論物理學家需要一種光的傳播媒介時,絕對靜止的觀念就導致了以太說的流行。唯有愛因斯坦具備了破除以太說的洞見。然而現(xiàn)在,我們要重返全局最佳時間,它否認了愛因斯坦擊敗以太說的偉大勝利。這一憂慮成為一道心理障礙,阻礙著人們接受時間的真實性。至少當我試圖說服自己時是如此。

        在討論如何從理論上解決兩者之間的矛盾之前,讓我們先聽聽實驗物理學有何意見。全局最佳時間的存在意味著最佳觀測者的存在。這些觀測者通過全局最佳時間校準自己的時間。他們的存在與慣性系的相對性原理相悖。相對性原理告訴我們,一個觀測者靜止或是以某個恒定速度運動,兩者無法通過實驗觀測加以區(qū)辨。

        實驗物理學告訴我們的第一點是,宇宙的特別結(jié)構確實可以挑選出絕對靜止狀態(tài)。透過望遠鏡對四周天空的觀測,我們看清了這一點。我們發(fā)現(xiàn),絕大多數(shù)星系正在以相同的速度朝各個方向離我們遠去,但這種觀測結(jié)果只會對一個觀測者成立。假設另外一個觀測者以很快的速度遠離我們,他會發(fā)現(xiàn)那些在他前方,正被他追趕的星系的移動速度小于那些在他身后的星系。此外,我們有很好的證據(jù)證明,在大尺度下,宇宙中的星系分布均勻。也就是說,從任意方向觀測宇宙,它看上去都差不多。根據(jù)以上事實,我們可以推斷,空間中的任何一點,都可以有一個特別的觀測者。在他眼中,星系以同樣的速度朝各個方向離他遠去。[3]由此,星系的運動挑選出了該點處的最佳觀測者,進而挑選出了空間任何一處的絕對靜止狀態(tài)。

        微波背景輻射是另一種挑選最佳觀測者的方法。在最佳觀測者眼中,各個方向上的微波背景輻射的溫度相同。[4]

        令人欣喜的是,通過以上兩種方法挑選的觀測者其實為同一類。因為一般來說,在微波背景輻射各向同性的參考系中,星系保持靜止。如此看來,宇宙的構造確實可以挑選出唯一的絕對靜止狀態(tài),這一事實的存在不一定與運動的相對性原理相矛盾。一個理論所展現(xiàn)的對稱性并不一定要在其預言中呈現(xiàn)。事實上情況往往正好相反——預言常常不遵守理論中的對稱性。空間中沒有絕對方向并不意味著今天不會刮北風。我們的宇宙僅僅是廣義相對論方程的一個解?,F(xiàn)在這個解展現(xiàn)出了不對稱性,具體來說就是允許絕對靜止狀態(tài)存在,這并不意味著需要破壞相對論本身的對稱性?;蛟S是我們宇宙的某個初始條件引發(fā)了這一不對稱。

        另一方面,我們很想知道宇宙為何可以明確地挑選出最佳觀測者,為何它處在這樣的一個特殊狀態(tài)。這又是一個有關宇宙初始條件特殊性的問題,也是一個廣義相對論無法回答的問題。據(jù)此可以看出,宇宙中似乎還存在著一些無法被廣義相對論涵蓋的東西。這樣看來,絕對靜止狀態(tài)的存在似乎指向了一些更深層次的東西,一種比廣義相對論更深層次的物理。這值得我們深思。

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