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全局最佳时间

时间:2023-02-09 理论教育 版权反馈
【摘要】:全局最佳时间可以挑选出这样一批观测者:他们散布于宇宙的各个角落,却都用全局最佳时间校准自己的时间。同时的相对性原理声称,没有任何物体可以处于绝对静止状态。然而现在,我们要重返全局最佳时间,它否认了爱因斯坦击败以太说的伟大胜利。这一忧虑成为一道心理障碍,阻碍着人们接受时间的真实性。全局最佳时间的存在意味着最佳观测者的存在。

全局最佳时间可以挑选出这样一批观测者:他们散布于宇宙的各个角落,却都用全局最佳时间校准自己的时间。这种观测者的存在意味着绝对静止状态的存在。绝对静止状态,这一概念使人回想起亚里士多德的静止观,或是19世纪物理学中的以太说。爱因斯坦以狭义相对论一举击败了以上两种观点。爱因斯坦之前的物理学家,往往相信光的传播需要媒介,因而认为以太不可或缺。同时的相对性原理声称,没有任何物体可以处于绝对静止状态。据此,爱因斯坦否认了以太说。

这样看来,重提绝对静止状态不仅会制造矛盾,同时也令人沮丧。否认以太说常常被认为是一次批判性推理战胜惰性思考的典范。早先,人们可以相当容易地通过亚里士多德的观点来描述世界。后来,伽利略和牛顿建立了惯性系的相对性原理。据此原理,人们再也无法通过观测物体的运动与否来探测物体是否处于绝对静止状态。但是,静止就是不动的观念依然在物理学家的头脑中默默潜伏。当理论物理学家需要一种光的传播媒介时,绝对静止的观念就导致了以太说的流行。唯有爱因斯坦具备了破除以太说的洞见。然而现在,我们要重返全局最佳时间,它否认了爱因斯坦击败以太说的伟大胜利。这一忧虑成为一道心理障碍,阻碍着人们接受时间的真实性。至少当我试图说服自己时是如此。

在讨论如何从理论上解决两者之间的矛盾之前,让我们先听听实验物理学有何意见。全局最佳时间的存在意味着最佳观测者的存在。这些观测者通过全局最佳时间校准自己的时间。他们的存在与惯性系的相对性原理相悖。相对性原理告诉我们,一个观测者静止或是以某个恒定速度运动,两者无法通过实验观测加以区辨。

实验物理学告诉我们的第一点是,宇宙的特别结构确实可以挑选出绝对静止状态。透过望远镜对四周天空的观测,我们看清了这一点。我们发现,绝大多数星系正在以相同的速度朝各个方向离我们远去,但这种观测结果只会对一个观测者成立。假设另外一个观测者以很快的速度远离我们,他会发现那些在他前方,正被他追赶的星系的移动速度小于那些在他身后的星系。此外,我们有很好的证据证明,在大尺度下,宇宙中的星系分布均匀。也就是说,从任意方向观测宇宙,它看上去都差不多。根据以上事实,我们可以推断,空间中的任何一点,都可以有一个特别的观测者。在他眼中,星系以同样的速度朝各个方向离他远去。[3]由此,星系的运动挑选出了该点处的最佳观测者,进而挑选出了空间任何一处的绝对静止状态。

微波背景辐射是另一种挑选最佳观测者的方法。在最佳观测者眼中,各个方向上的微波背景辐射的温度相同。[4]

令人欣喜的是,通过以上两种方法挑选的观测者其实为同一类。因为一般来说,在微波背景辐射各向同性的参考系中,星系保持静止。如此看来,宇宙的构造确实可以挑选出唯一的绝对静止状态,这一事实的存在不一定与运动的相对性原理相矛盾。一个理论所展现的对称性并不一定要在其预言中呈现。事实上情况往往正好相反——预言常常不遵守理论中的对称性。空间中没有绝对方向并不意味着今天不会刮北风。我们的宇宙仅仅是广义相对论方程的一个解。现在这个解展现出了不对称性,具体来说就是允许绝对静止状态存在,这并不意味着需要破坏相对论本身的对称性。或许是我们宇宙的某个初始条件引发了这一不对称。

另一方面,我们很想知道宇宙为何可以明确地挑选出最佳观测者,为何它处在这样的一个特殊状态。这又是一个有关宇宙初始条件特殊性的问题,也是一个广义相对论无法回答的问题。据此可以看出,宇宙中似乎还存在着一些无法被广义相对论涵盖的东西。这样看来,绝对静止状态的存在似乎指向了一些更深层次的东西,一种比广义相对论更深层次的物理。这值得我们深思。

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