Page 8 - 物质的绝对运动——相对论和量子力学的物理起源

以太中的绝对速度，其中著名的实验有 1859 年的斐佐(H.Fizeau)实验，1868 年的霍克(M.Hoek)
实验，1887 年的迈克尔孙-莫雷(Michelson-Morley)实验等。令人意外和费解的是，这些实验
的结果都是否定的。特别是迈克尔孙和莫雷以高精度的实验得到的仍然是零结果，没有发现
任何以太漂移！不同方向上的光速没有任何差异，这意味着地球相对于以太的运动速度为零，
同时表明真空中光速在任何参考系都具有相同的数值，与参考系的相对速度无关。此后其他
一些实验也得到同样的结果，于是，以太似乎失去了作为绝对参考系的特质。
面对这样的结果，物理学家们提出了各种补救方案，这些方案都试图在牛顿的时空框架
下，通过赋予以太或空间一些新的特质来解释实验结果。最有影响的是洛仑兹的“以太收缩”
假说，他提出沿坐标系运动方向上的以太会发生收缩，使光的传播距离缩短，这种以太收缩
效应恰好抵消了坐标系相对于以太的绝对运动，导致了迈克尔孙-莫雷实验的零结果。洛仑
兹的“以太收缩”假说导致法国学者庞加莱（J.H.Poincare）提出了对时空坐标的洛仑兹变
换。庞加莱指出，麦克斯韦方程组在伽利略变换之下不能保持不变，而在洛仑兹变换下则保
持不变。他还指出，相对性原理是普遍而严格成立的，并提出了光速不变假设。这充分显示
了庞加莱惊人的哲学洞察力。他甚至预言，也许将会建立一个全新的力学，在这个全新的力
学中，惯性随速度而增加，光速成为不可逾越的极限。可见，庞加莱的预言和相对论理论是
何等接近。但是，由于庞加莱没能把握住同时的相对性这个关键性思想，因而与相对论失之
交臂。
爱因斯坦(Albert Einstein)从完全不同的思路研究了这个问题，他敏锐地意识到问题不在
于现象本身，而在于基本概念和理论上的错误。他认为，必须抛弃牛顿关于绝对空间和绝对
时间的假设，而将物理学建立在新的假设之上。1905 年，爱因斯坦在著名的《论动体的电
动力学》一文中提出了狭义相对性原理和光速不变原理两个假设，并借助同时的相对性概念，
推导出狭义相对论的主要结论，如洛伦兹变换、长度收缩、时间膨胀、质速关系等。一百多
年来，这些结论经受了实践的检验，狭义相对论作为一切现代物理理论的时空结构的基础得
到了物理学界的公认。
狭义相对性原理指出，物理规律对所有的惯性系都是一样的，不存在任何一个特殊的（例
如绝对静止的）惯性系，这样就从根本上否定了绝对空间的存在，同时也就否定了绝对运动
的存在，而作为绝对静止物——以太的引入也就完全是多余的了。爱因斯坦在《相对性：相
对论的本质》一文中写道：“‘相对性原理’在其最广泛的意义上是包含在如下的陈述里：全
部物理现象都具有这样的特征，即它们不为‘绝对运动’概念的引进提供任何根据；或者用比
较简短但不那么精确的话来说：没有绝对运动。”
在科学界，随着爱因斯坦的相对论时空观日益深入人心，牛顿的绝对时空观逐渐淡出历
史舞台，绝对空间、绝对时间和绝对运动等概念逐渐从物理学的理论叙述中消失。然而，在
普罗大众中，牛顿的绝对时空观依然根深蒂固，它深深植根于人们的头脑中，已经成为人们
的一种思维定式。因为相对论效应只在接近光速运动时才显著，这往往超出了人的经验范围，
而我们的日常经验事实却与牛顿的绝对时空观念相匹配，这也是爱因斯坦的相对论经常遭到
质疑的认识论根源。
从以上可以看出，牛顿定义的物理学意义上的绝对运动和哲学诠释的辩证法意义上的绝
对运动是完全不同的两个概念。首先，辩证法意义上的绝对运动强调运动本身的绝对性，否
定绝对静止的存在；牛顿的绝对运动并非强调运动的绝对性，相反是强调静止的绝对性，即
绝对空间是绝对静止不动的，一个物体相对于静止不动的绝对空间的运动就是它的绝对运
动，如果该物体在绝对空间中的位置保持不变，那么就可以认为该物体处于绝对静止状态。
其次，唯物辩证法的绝对运动强调时间、空间与物质运动的不可分性，认为空间和时间是运
动着的物质的存在形式，不能设想脱离物质运动的空间和时间，也不能设想不在空间和时间
中运动的物质；牛顿的绝对运动则强调时间和空间的独立实在性，认为空间、时间和物质运

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