愛因斯坦「追光實驗」 突破實證科學

愛因斯坦。（公有領域）

現代科學最偉大的科學家之一愛因斯坦提出的「相對論」物理理論，不僅改變科技界的時空觀，甚至影響了20世紀人類的宇宙哲學觀。令人驚嘆的是，這位科學巨匠所進行的實驗是在他的思想之中，而不是在實驗室。

編譯 _ 張秉開

追光實驗

《商業內幕》近日報導，阿爾伯特．愛因斯坦（Albert Einstein）所做的思想實驗如著名的「追光實驗」，無法在實驗室複製和進行，只能通過思考和分析。

愛因斯坦在16歲時，開始思考如果追逐空間中的一束光，會有什麼結果。愛因斯坦推斷，如果能追上光，就意味著空間中的光像凍結了一樣。但是，光不會被凍結。因此，光的速度不會慢下來，仍然以光速運動。那麼，即使追上了光線，觀察者也會發現光速不變，出現變化的是其他東西如時間。

愛因斯坦的「追光實驗」成為他的狹義相對論基礎。

火車實驗——時空可變

如果一個人站在火車上，而他的朋友在地面，一束光線照射在火車的頭尾，他的朋友會同時看到亮光。但是，那個在火車上的人卻感覺火車前進的方向早出現光亮。

愛因斯坦相信，火車裡或地面所見的不同，說明時空是相對的、是可以變化的。這個實驗也為他建立狹義相對論打下基礎。

黑箱實驗

愛因斯坦想像，空間中漂浮一個黑色的箱子，一個人站在其中，因為他看不到外面的情況，所以只能通過箱子內部的運動變化推斷外界。

突然，這個人下落到箱子的一邊，那麼怎樣判斷是箱子自身原因還是外界造成的。愛因斯坦認為，不論怎樣的原因，表現的結果相同，所以在考慮時空可變的條件下，物體產生重量的原因可以解釋為空間變化造成重量現象。這種邏輯後來被愛因斯坦用於形成廣義相對論。

愛因斯坦解釋廣義相對論的手稿扉頁。（公有領域）

今年6月，激光干涉引力波天文臺（LIGO）觀測的時空彎曲效應（即愛因斯坦預測的引力波）再次說明，他在1916年發表描述時空可變的廣義相對論是正確的。

但是，人們似乎只關注他的思想成就，而忽視他產生可以改變科學和哲學觀的思想過程。

突破實證科學框框

現代科學是實證科學。實證科學只承認觀測到的現象對科學研究有意義，無論提出假說還是檢驗假說，都只能根據觀測到的現象。嚴格講，愛因斯坦使用的思想實驗方法不是現代實證科學的所謂「觀察、假設、實驗」。

愛因斯坦所做的和實證科學的要求不同，所以一百多年前當他提出相對論時，遭到幾乎整個科技界的嘲笑和排斥，僅僅少數幾個理智占主導的科學家如麥克斯韋等，感受到愛因斯坦思想的巨大現實意義——用非實證方法得到的理論也是可以描述這個宇宙的。

愛因斯坦曾說：「在原則上，試圖單靠可觀察量來建立理論，那是完全錯誤的。」◇