2 以太风和天狼星之旅
现在我们不妨问问自己,如果只是为了满足运用四维几何学语言的愿望,就不惜彻底颠覆我们习以为常的经典时空观,这样做真的对吗?
如果答案是肯定的,那我们挑战的是整个经典物理学,因为这门学科的基础是伟大的艾萨克·牛顿于两个半世纪前提出的空间和时间的定义:“从本质上说,绝对的空间与外部的任何事物无关,它始终静止不变。”“从本质上说,绝对的、真实的数学时间始终均匀流逝,与外部任何事物无关。”写下这两句话的时候,牛顿理所当然地认为这是亘古不变、毋庸置疑的真理,更不可能有什么争议;所有人都知道,时间和空间就是这个样子,他只是用自己的语言做出了确切的描述。事实上,那个时代的人们对经典的时空观深信不疑,哲学家甚至常常将它当作先验的真理,没有任何一位科学家(更别提门外汉)想到过,这套理念可能是错的,因此需要再次验证,修正描述。那么现在,我们为什么要重新考虑这个问题呢?
我们之所以抛弃经典的时空观,将时间和空间统一在一个四维的坐标系下,既不是为了满足爱因斯坦的审美需求,也不是为了展示他不甘寂寞的数学才能,而是因为科学家在实际的研究中不断发现的一些事实无论如何都不能用“空间和时间彼此孤立”的经典理论来解释。
经典物理学就像一座坚不可摧、亘古长存的美丽城堡,它受到的第一次冲击来自1887年美国物理学家A.A.迈克耳孙()做的一个实验。这个实验看起来毫不起眼,但它却从根本上动摇了经典物理学的基石,就像约书亚吹起号角,耶利哥的城墙便应声倒塌。[43]迈克耳孙的实验构想十分简单,它基于当时人们公认的理念:光是某种形式的波,它在所谓的“光介质以太”中传播。以太是一种假想的物质,它均匀地充斥着所有空间,从广袤的太空到任何物质材料内部的原子之间的间隙,以太无所不在。
往池塘里扔一块石头,涟漪会向着四面八方扩散。任何明亮物体发出的光都会产生类似的涟漪,就像振动的音叉一样。然而水面上的涟漪显然来自水分子的运动,声波依赖空气或其他介质的振动传播,但我们却找不到传递光波的介质。事实上,光在空间中传播的时候显得那么轻松(相对于声波来说),就好像空间中真的没有任何东西!
但是,既然没有能够振动的介质,光波的振动又该如何传播呢?为了解决这个悖论,物理学家不得不引入了一个新的概念,“光介质以太”。这样一来,在解释光如何传播的时候,“振动”这个词的前面才能有一个实体的主语。从纯语法角度来说,任何动词都得有个主语,因此我们必须承认“光介质以太”的存在。但是——这个“但是”带来的麻烦可不小——虽然这个实体的主语是为了构建完整的句子而引入的,语法规则却无法(也不能)规范它的物理性质!
如果我们说,光在以太中传播,因此“以太”的定义就是承载光波的介质,这句话倒是无懈可击,但却毫无意义,翻来覆去说的都是同一个意思。不过,要真正弄清楚以太到底是什么,它的物理性质是什么样的,这就完全是另一个问题了。要解决这个难题,语法(哪怕是希腊语法!)帮不了我们,我们只能从物理学中寻找答案。

