第五章 那關於一切的理論 II ─ 陪你讀霍金《大設計》The Grand Design

陳以聖 / 原載:κrazian

法拉第之後,大家對於電磁學的瞭解又停頓了好一段時間,直到1860年代,蘇格蘭的麥斯威爾(James Clerk Maxwell)才又再起風雲。他先是將電力和磁力以數學方程式結合起來,成為「電磁場」。換句話說,這兩個力其實是一碼子事,是一體的兩面。接著,他又根據實驗數據計算,發現電磁場的傳播速度幾乎等於光速。意思是說,我這裏的電磁場一變動,您那裡很快就感覺到,這其間和光速一樣快。就像你一起心動念,想要回家, 家裡的狗立刻有所感應,便晃到門口準備迎接你,那樣的感應速度。

更驚人的是,麥斯威爾發現,這如同波浪般以光的速度傳遞的「電磁場變動」,根本就是我們所習見的「光」。這麼撼動人心、振聾啟聵的發現,影響著世世代代高科技的發展。而今,看著他的電視、打著他的手機的你,卻只道他是個賣咖啡的!

麥斯威爾的威力絕不僅只於此:雖說「光」就是「電磁波」,但是,電磁波並非只有光。紅外線夜視鏡所看見的「光」,海邊殺傷你皮膚的強烈紫外線,微波爐煮熟食物的微波,到醫院照張X「光」片,收音機、手機接收到的「訊號」,全都是電磁波。它們在本質上是一樣的東西,差別只在於「波長」不同而已。人們「看得見」的那一小部分電磁波,我們稱之為「可見光」;其他部份,我們則給予不同的名稱。就像浪(的波長)小些我們不叫浪,叫它波、叫它漣漪;再小我們看不見,就沒名兒了;而(波長)太大的浪,我們叫它巨浪、海嘯;再大些,就只感覺到「起伏」了。然其為波浪則無不同。

我們之所以會看得見這一小段電磁波,而沒有被它烤熟,全然是演化的傑作。因為太陽八方放送,經地球大氣層過濾之後,剩下的主要就是這一小段。人類不但演化出眼睛來看它,人們的腦袋還演化出視神經,來賦予它繽紛的七彩情調。反過來說,會被烤熟的生物早就不活了,何來萬代子孫,繁衍至今?這也就是為什麼,人類總幻想著,哪天如果來到一個充滿「敵意」的外星球,肯定不是被嗆死,就是被烤焦。幻想歸幻想,對這唯一的、「友善的」地球,卻仍然毫不留情的糟蹋著。這短視近利的本性,當然,也還是演化出來的「成果」!

話說麥斯威爾計算出電磁波的傳遞速度(也就是光速),卻引發一場物理學的大啟蒙。「速度」能有甚麼花樣嗎?你問。平常我們談速度,跑步的速度、開車的速度、颱風行進的速度、水流的速度、浪濤推進的速度,大家都不會有甚麼爭議。沒有人會問:「你說的速度到底是相對於甚麼而言?」真的問了,大概會遭到白眼:這還用說嗎?當然相對於靜止的地面而言囉。雖然我們也知道,地面並非真的靜止不動的,但是大夥兒都在這上面混飯吃,總犯不著把所有速度都加上地球自轉的速度,以符合太陽「人」的觀點;或再加上公轉,以配合北極星「人」的觀察吧!

其實我們也不是不知道,「速度」是個相對的概念。搭過台鐵那種每站都停,最值回票價的「普通/平快」火車的人,最有體會。它經常在某個小站一停就停很久,明明老早就沒人上下車了,它還硬是杵在那兒,不走就是不走。這時駛來一列亮晃晃的莒光號,和你併排停住,作伴解悶。不多久,空隆一聲,你的車開動了。你微笑的欣賞著漸漸被你甩下的友車,速度愈來愈快。終於一長聲嗚鳴,你拋開友車,揚長而去。突然間:咦,怎麼又回到原來的月台邊上了?這時又空隆一聲,身子晃動,你清醒了過來:嘿,搞不清楚狀況,人家可是莒光號哪,你連個名號也沒有。我看你往東邊移動,你看我就是往西邊移動,這就是「相對」速度,是吧。

當然,這種凡事皆「相對」的概念,也是前一次「啟蒙」之後,才變得普及,進而成為你我的基本常識的。從最早的「地球為宇宙的中心」那種「絕對」的自信;到經過「哥白尼、伽利略等人拼死拼活,才勉強把中心的位置拱手讓給太陽」的相對覺醒;再到「我們所處的銀河系也只不過是宇宙中千億銀河系裡的一個,而太陽又只是這銀河系內千億個恆星中的一個」的絕對頓悟;每一次的啟蒙,都將人類推向更為渺小的境地,我們都已經不曉得該如何感受「微不足道中的微不足道」了。

然而,無「絕對」難以成「相對」,捨「相對」亦無從談「絕對」。也就是說,「絕對」和「相對」也是相對的。你這會兒多半認為我開始神智不清、胡言亂語了。這麼著,舉例來說吧,當你說你減肥有成,瘦了三公斤,顯然你興高采烈的原因是:這會兒量得的體重比上個月量得的要輕。這當然是相對的概念,因為你可能還有三十公斤要減。而這個「相對」,必須建立在體重計的「絕對」上。如果體重計也是「相對」的,小姐量和先生量不一樣,晴天量和雨天量結果大不相同,那要如何比較呢?所以說,無「絕對」難以成「相對」。

再談談「時間」。我們都認為「時間」再絕對不過了:世事變幻無常,地震海嘯、滄海桑田,唯有「無情的」時間亙古不變、穩定的前進著。然而試想,如果這個宇宙突然間完全靜止了,時間還是那麼的絕對嗎?甚至如果沒有這個宇宙,時間又是何物?如果時間忽快忽慢,就像你拿著遙控器看租來的影片時,乏味的就給它快轉,精彩的就慢動作播放那樣。這時你是「影片宇宙」的主宰,對你而言,他們的時間要快要慢,由你做主;但是「影片宇宙」中的「人們」,卻無從知曉,他們所認定的時間仍然是「絕對」的。因為,他們對時間的感知與認定,完全是「相對」於其周遭的事物、自身的節奏、日出日落等天體的運行,甚至最先進的計時工具「銫原子鐘」等等「宇宙內部」的事物。所以說,捨「相對」亦無從談「絕對」。

問題來了,那麼,麥斯威爾算出光的速度是甚麼意思呢?光「速」是相對於甚麼而言呢?宇宙到處都有光,這裡的光和那裡的光,並無不同。除非有個「絕對」靜止的東西當參考,我們才能說「光速」是多少,不是嗎?人們才剛剛理解,所有物體的移動速度都是相對的:你在公車上跑,車在路上跑,車子所在的地球在轉,地球又繞著太陽轉,而從別的星系看太陽系,又正高速的遠離當中……怎麼又說光有個計算得出的速度呢?

人們開始奮力尋找那「相對於光」而言,無所不在又「絕對靜止」的東西,並迫不急待的奉上「以太」如此響亮的名字。想像著以太就如同大海般瀰漫整個宇宙,光在其上行進,就像浪在海上滾進一樣;又好比聲音在空氣中傳遞一般。只是以太實在太神祕,完全沒辦法證實它的存在。麥斯威爾建議,可以在地球上測量不同方向的光速做比較。地球繞著太陽轉,因此地球相對於以太的速度必定不斷的在變化著,所測得的光速當然也會不同。大家一聽,都覺得他在說笑:說得倒好聽,該怎麼做呀?因此他生前一直沒能看到結果。直到他去世後,美國人Albert Michelson和Edward Morley才完成這個實驗。結果發現,不同方向的光速完全沒有甚麼差別!

這下科學家們頭都大了。絕大多數的人對這個打從亞里斯多德時就提出的以太,是沒有懷疑的。於是,只好拼命提出各種稀奇古怪的解釋,瞎掰硬拗,就為了替以太延長壽命。只除了當時在瑞士工作的一個二十六歲年輕人,愛因斯坦。愛因斯坦非常乾脆:既然不管怎麼量,光的速度都是一樣的,光速自然就是絕對的囉,就醬!

啊?就這樣?聽起來似乎沒甚麼了不起,誰嘛都會說,不是嗎?不過,這裡面實在是大有學問的。這不僅僅只是揚棄所有關於以太的傳說而已,真正的學問,在於顛覆了人們過去對時間和空間的概念。原先,我們都以為時間和空間是絕對的,而「移動的距離」顯然就看誰是那個觀察者而定,因此,「速度」(移動距離/時間)必然是相對的,不是嗎?如今,竟然說「光的速度」才是「絕對」的,而我們一向認定為無情而絕對的「時間」和「空間」,才反而是「相對」的。這也太玄了吧!這樣的說法,要我們平凡人如何接受呢?這比那看不見、摸不著的以太還要難以相信,不是嗎?

這就是愛因斯坦1905年那篇如雷貫耳的「特殊相對論 Special Relativity」所談的了。它的道理並不難懂,難是難在它違反直覺,使你的內心不由自主的排斥、抗拒、扭曲。最後,縱使你內心百般的不願意,各種實驗卻都一再的證明他是對的,你也只得依了他。

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新時代常說"你創造你的實相";愛因斯坦"空間與時間也只是直覺的兩種形式 和我們對顏色 形狀和大小的概念一樣 同是不能離意識而存在";大學時修的園藝治療淂了100滿分 種的波斯菊是全班最大顆的"當時真的時常與植物們說說話";霍金以科普的講解舉證最合我的口味 真的有稍稍說服我了;但小弟的"我執"非常嚴重 如何解構它 是ㄧ件有趣的事......

我們對這個世界的種種感受,顯然直接受限於感官的接收與大腦的解讀。也因此,感受完全是自我的,是可以憑自主意識改變的。但如果就此認定實相「完全」是意識創造的結果,周圍的人首先就不服。若說我們都還活在作古之人所曾經創造的實相當中,也很難忍受。

不過,當我們這麼說時,實在是有感於意識與精神所蘊含的驚人輻射與感染力量。一個人可以撼動天地、掀起壯闊波瀾,或腥風血雨;也可以卑微如螻蟻,來去無痕。所以,用愛心澆灌出「世界大」的波斯菊,完全是可能的。當然,不相信的人也永遠可以不相信,聲稱這麼癡心的主人,絕對不會只是說說話,必定伴隨著更細微的呵護照料。

人心的世界和粒子的世界,是那麼的遙遠,又那麼的貼近。米漿先生的心思,很有普遍性。

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