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  • 1 # 董加耕

    在廣義相對論中,光線並不沿直線傳播,引力場中的光線會彎曲,這是廣義相對論的一個重要實驗支援。英國科學家愛丁頓在一次日全蝕時,拍下了太陽周圍其它天體的照片,與正常情況下的天體照片對比,發現照片上太陽周圍的天體位置變化了,但我們認為天體的實際位置並未變化,而是光線彎曲了,太陽的引力導致了其它天體的光線在經過太陽附近時發生了彎曲。

      那麼,在廣義相對論中,光線還能是直線的判別標準嗎?如果不是,廣義相對論中的直線又是怎樣判定的呢?

      仔細分析一下愛丁頓的作法,也許能幫我們解開這個迷。愛丁頓是拿兩張照片比較後,才認定光線是可以彎曲的。這裡,愛丁頓認為照片的感光紙是不會收縮或膨脹的,因為這是用我們的直尺測量出來的,同時,愛丁頓認為星系的位置也是不會變動的,因為這是我們以往長期測量的結果,測量時使用的標準是與直尺等效的規律標準,唯一可以變動的因素是光線,唯一的解釋只能是光線彎曲了。顯然,在愛丁頓的心目中,一條線段是不是直線是完全可以判定的,這個判定標準是存在的。可以說,愛丁頓是以我們以往的整個物理理論,包括與這個理論完全一致的常識作為了直線的判別標準。

      但是,在我們以往的物理理論中,或按我們以往的直線測量標準,光線是沿直線傳播的。光線沿直線傳播是我們的測量標準,為什麼它又能測量出光線沿曲線傳播呢?這難道不是自相矛盾嗎?

      當初我對這一問題也迷惑不解,但後來恍然大悟。如果我們仍用原來規定的直尺作為長度測量及直線判定的標準,則當我們將這個直尺拿到另一個地方,測量出另一個同種材料、同樣形狀的物體因某種原因(如受力)而彎曲了,變短了,我們並不會迷惑。當然,標準直尺沒有受到這種因素的影響(如不受力)。同樣,如果認為光線是直線的判定標準,則我們只能這樣說,“在沒有引力場的時空中,光線是沿直線傳播的”,這是我們人為的規定,它等效於直線的測量標準。即使在有引力場的地方,“在沒有引力場的時空中,光線是沿直線傳播的”這句話也是對的,它仍是我們的直線判定標準,只不過它已不是“實物標準”,而是“規律標準”了,即用由這個標準所測量出來的物理規律及整個物理理論體系作為時空及直線的測量標準。我們說,感光紙不會膨脹或收縮,星系位置不會變化,就是與“無引力場的時空中光線沿直線傳播”這個實物標準等價的規律標準。用這個規律標準測量,另一束光線,在經過引力場時發生了彎曲,就如同用沒有受力的實物的直尺,測量出了另一個同種材料、同樣形狀的物體因受力而發生了彎曲一樣。直尺只是對一個特定物體的長度及形狀做出了規定,而不是對所有物體長度及形狀的規定,包括所有同類材料和形狀的物體。同樣,當用光線作為直線的判定標準時,也只是對一個特定場合下的光線是不是直線作了規定,而不是對所有情況下的光線做出規定。

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