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※ [本文轉錄自ptt2 BBMak 看板]
※ 引述《DarthRaider (...........)》之銘言：
: 近代物理與新認識論
: 1992, 3, 26 吳文成
: -------------------------------------------------------------------------------
: 相對論
: ──量度值雖然並不見得「很真實」，但還有什麼會比量度「更真實」呢？
: -------------------------------------------------------------------------------
對這句話沒有太大的意見
不過，我對這一點有自己的看法
所謂「量度」，簡而言之，必須利用工具加以量度
以(狹義)相對論而言，所討論的，是時間與空間(長度)的關係
要度量「時間」，工具是「時鐘」
要度量「長度」，工具是「尺」
當我但在進行「量度」時，是無法避免不依賴「時鐘」「尺」等工具
但「時鐘」與「尺」，同樣地也是存在於自然世界中，也同樣受相對論的支配
話講得玄一點，「相對論」所描述的
是以同樣會受相對論影響的工具：時鐘與尺，量度運動物體的行為
描述時鐘和尺所讀出來的刻度，之間的數學關係式
----------
這種對量測工具的觀點，待會會反饋回稍後的部分
: 相對論的提出不是偶然的。在十九世紀末，物理學家們便遭遇許多困難，當干涉儀的
: 實驗結果困擾物理學家的時候，愛因斯坦立刻放棄乙太的概念並假設光速具有不變性（任
: 何觀察者測得之光速為同一固定值），勇於懷疑傳統牛頓的絕對時空概念，以「窮則變，
: 變則通」的革新思想提出相對論。這段歷史與愛因斯坦同哥本哈根論者的激辯是同樣精采
: ，愛因斯坦之所以成為近代物理的奠基者是有原因的。（註一）
: 原本二十世紀前，人類已經習慣了牛頓所帶來的絕對真理與絕對價值，它的權威性提
: 供了一種絕對安全感和最後歸宿感，可是相對論卻像一口巨大的喪鐘在人類頭頂轟鳴，使
: 人們從牛頓教條弄得呆滯的狀態下醒來，把人們一勞永逸的樂觀夢想，變成前途茫茫的悲
: 觀困惑（註二）。
這段沒有意見
: 狹義相對論指出，由於光的不變性使觀察者無法區分絕對靜止與等速運動；愛因斯坦
: 得以肯定時間與空間的相對性，即觀察者對時空的描述會隨著運動狀態而改變──在相對
: 論中觀察者所測量到之相對運動的物體，其長度顯得更短，而時間顯得更長。如果把光訊
: 號當作傳遞事件因果次序的最快訊號，我們感覺（也是量測）到的因果現象，亦會隨著觀
: 察者的運動狀態而不同（註三）。愛因斯坦以「對一實際參考體的相對運動」來代替空間
: 的量度（註四），以「光速」代替時間的量度，換句話說，愛因斯坦以物理的操作定義來
: 取代牛頓對時空哲學式的「簡單定位」之定義。
: （貼者補充：由靜止於運動系統中的觀察者看來，
: １．在運動系統中不同時間發生於同一地點的事件，在靜止系統中必發生於
: 不同的地點。
: ２．在運動系統中同時間發生於不同地點的事件，在靜止系統中必不同時發
: 生
: ３．在運動系統中同時發生於同一地點的事件，在靜止系統中也會同時在相
: 同地點發生。
: 敘述１的例子：
: 在飛機上，坐在１０ｃ的乘客，八點時喝了一杯橘子汁，九點吃早餐從運動系
: 統（飛機）上看，兩件事都發生在１０ｃ，而在靜止系統（地面）上看，兩件
: 事發生在不同的地點
: 敘述２的例子：
: 在飛機上，乘客看到前艙與後艙同時爆炸，但對地面上的人來說，如果他離前
: 艙比較近，他看到的則是前艙先爆炸一一因為兩邊的光傳送到此人眼睛的時間
: 有別
: 敘述３比較符合直觀，就不再舉例了。
: 參自《宇宙觀革命》第六章：電磁學與相對論）
這段基本上沒有問題，相對論的確是這樣
: 人類的感官往往是不真切的（所謂的表象主義），故以物理量度方式來描述事件是最
: 真切不過，但相對論卻告訴我們，即使是量度的結果，不同的觀察者對同一事件竟會提出
: 截然不同的描述。例如（同時性的問題）對於Ａ、Ｂ兩事件，甲說Ａ先Ｂ發生，乙說Ｂ先
: Ａ發生，但相對論竟告訴我們二者都對，即各結論對所屬觀察者各是正確的。可是（１）
: 不同座標系的觀察者對同事件的長度與時間描述，皆不相同，但是同事件其本體論上的時
: 間與長度不可能是這樣又是那樣。（２）兩事件在其本體論上的因果次序，不可能是這樣
: 又是那樣。這導致我們必須要問：我們所觀察與認知的是實在界嗎？人類對事件的物理量
: 度「真切」（即符合本體論的實在界，在下文讀者必須區分『真切』和『真實』的含意）
: 嗎？相對論是否分割了實在界與現象界（註五）──實際值與量測值──之間的一致性？
: 或者這樣問：人們能否一如物自體般的客觀認知實在界？
這段的描述，看得出來，作者誤解了「因果律」
因果律並不是只看「時鐘」的刻度大小而已
以作者用本體論的這種描述方式，並沒有切中因果律的精要
----------
我們用以下的狀況，來描述「因果律」
假設 E1 E2 代表兩個事件，舉個例子好了
E1 是手指按電燈將電燈的開關打開，E2 是電燈由暗變亮
對觀察者甲，他看到 E1 在時間 T1 地點 X1 發生
看到 E2 在時間 T2 地點 X2 發生
對觀察者乙，他看到 E1 在時間 T1' 地點 X1' 發生
看到 E2 在時間 T2' 地點 X2' 發生
以原作者的論點，甲所觀察到的，有可能 T1 < T2 （E1 先發生，E2 後發生)
但乙所觀察到的，有可能 T1' > T2' （E2 先發生，E1 後發生)
由於 E1 E2 發生的先後次序會隨觀察者的不同而改變
作者論証，因為無法定其先後次序，所以違反因果律
----------
但物理上的因果律，並不是直接比較 T1 T2 的大小，或 T1' T2' 的大小而定
物理上的因果律，還必須包含「訊息傳遞」的概念
（很可惜，我在整篇文章中，沒看到作者提到「訊息傳遞」
這個在因果律上扮演著絕對重要的角色，連隻字片語都沒提到 @___@
愛因斯坦和波耳兩人，曾在理論上有過激烈的爭論
愛因斯坦提出 EPR 誖論，直接挑戰量子力學的根基
這件事，到今天西元2004年，仍然尚未完全解決
爭論的重心，就是在「訊息傳遞」這個山頭上打轉）
舉一個大家可以稍微感受體會的例子
古代打仗，大營與前線相隔一段距離，騎馬要數日行程（可以參考雍正王朝 XD~~~）
元帥在某日 T1 發出命令，要前線將軍配合進行戰術行動（攻擊、防守、徹退....等）
可是古代通訊沒有如今日發達，打一通電話就可以下達命令
所以命令的發送抵達有一段時間的落差
如果前線將軍在某日 T2 進行戰術行動
那麼要如何知道前線將軍是自行決定的，還是依元帥的命令決定的？
一個很簡單的判別法，如果馬的速度是 V，而大營與前線距離 D
如果 V (T2 - T1) > D 的話，表示前線將軍是依元帥的命令而作戰術行動
但如果 V (T2 - T1) < D 時，表示前線將軍是自行決定戰術行動
當 V (T2 - T1) < D 時，縱使 T1 < T2（元帥先發出命令，前線將軍後作戰術行動）
但我們不能將這兩件事賦與因果關係
因為，當前線將軍進行戰術行動時，元帥的命令還沒送到他的手上呢！
這個例子，可以很清楚地表達「訊息傳遞」在「因果關係」中所扮演的決定性地位
而不是單單只看 T1 T2 的先後而已（作者在論述中所犯的毛病）
----------
回頭看相對論，當引入「訊息傳遞」的概念後，因果律就變得一清二楚了
以剛剛的例子，光速為 C，再多一個假設條件：「任何訊息傳遞的速度均不大於 C」
對觀察者甲，他看到 E1 在時間 T1 地點 X1 發生
看到 E2 在時間 T2 地點 X2 發生
對觀察者乙，他看到 E1 在時間 T1' 地點 X1' 發生
看到 E2 在時間 T2' 地點 X2' 發生
如果觀察者甲觀察到的 E1 E2，|X2 - X1| > C |T2 - T1|
也就是說，E1 E2 的距離，無法在兩者所發生的時間差內透過任何方式傳達
這時，E1 E2 之間就無法透過任何方式進行訊息傳遞
（也就是說，當 E1 在 T1 X1 發生時開始發送訊息
當訊息到達 X2 的時間一定比 T2 大，趕不上 E2 的發生；
反之從 E2 發生時開始發送訊息，也趕不上 E1 的發生
和剛剛所舉的打仗這個例子道理是相同的）
換句話說，在這種情況下，E1 E2 不能賦與它們因果關係
E1 E2 要相互視為獨立事件
在此時（即 |X2 - X1| > C |T2 - T1| 成立的狀況下）
T1 T2 誰大誰小就無關緊要
(狹義)相對論背後的時空座標轉換，是勞侖茲轉換
勞侖茲轉換確保一件事情成立：
當甲觀察到的 E1 E2 沒有因果關係（即 |X2 - X1| > C |T2 - T1| 成立）
那麼，勞侖茲轉換確保一件事，乙觀察到的 E1 E2 也不會有因果關係
（即 |X2' - X1'| > C |T2' - T1'| 成立）
再者，若甲觀察到的 E1 E2，|X2 - X1| < C (T2 - T1) (所以 T1 < T2)
也就是說，E1 以光速所送出的訊息，來得及在 E2 發生前趕到
那麼，我們可以對 E1 E2 賦與因果關係，E1 為因，E2 為果
那麼，勞侖茲轉換確保一件事，乙觀察到的 E1 E2 也會以 E1 為因 E2 為果
（即 |X2' - X1'| < C (T2' - T1') 成立）
再者，若甲觀察到的 E1 E2，|X2 - X1| < C (T1 - T2) (所以 T1 > T2)
也就是說，E2 以光速所送出的訊息，來得及在 E1 發生前趕到
那麼，我們可以對 E1 E2 賦與因果關係，E2 為因，E1 為果
那麼，勞侖茲轉換確保一件事，乙觀察到的 E1 E2 也會以 E2 為因 E1 為果
（即 |X2' - X1'| < C (T1' - T2') 成立）
做個總結，相對論並不會破壞事件的因果關係
兩件事要嘛，E1 因 E2 果，要嘛 E2 因 E1 果，要嘛 E1 E2 沒有因果關係
這三種情形不會隨觀察者不同而有所改變
真正的因果律，是要以這種方式來對待才對
----------
剛剛我們有提到，相對論並不會破壞事件的因果關係這件事
是基於一個假設條件：「任何訊息傳遞的速度均不大於光速」
如果我們找到一個訊息傳遞方式，傳遞速度大於光速時
那麼，因果律就會被破壞（這件事我就不詳談了，這需要一些証明步驟）
但是，「任何訊息傳遞的速度均不大於光速」這件事是個非常強的假設
而且事實上，這個假設也受到嚴重的挑戰
它的挑戰就是來自於量子力學的發展
量子力學的物質波特性，似忽隱含著一件事：
當在某地所發生的事，在遙遠的另一處似忽可以立即反應出來
這件事在眾多的實驗中均可証實
我用「似忽」兩字，是這件事並不是真正的訊息傳遞
或者更精確地說，目前人類尚無法利用這些實驗做出真正的超光速訊息傳遞
使用「似忽」兩字，是因為感覺上好像就只離那麼一步之遙而已
為了這一步之遙，科學家花了幾十年時間都還沒解決
甚至說得更白一點，直到今天，連 YES / NO 的答案都給不出來
愛因斯坦的 EPR 誖論，就是衝著這個點提出來的
到今天，我們還無法回答，EPR 誖論是否真的成立
即使如此，以 EPR 誖論起頭也衍生不少極具實用性的應用
量子通訊就是其中之一
----------
有可能會打垮因果律的，是相對論與量子力學相互糾結的許多細微眉角處
而不是原作者所寫的，這種概略文字式的略說
因果律這場仗，早在七十年前就已經開打了，而且至今尚未停歇
而且，開打者即是物理學家，直接從理論核心試圖將整個根基翻掉
而不是只在外圍繞些無關痛癢的文字遊戲
: 人類對事物的認知並不真切：就連物理量度──原本我們比較信任的認知對象工具
: ──都如此深受主體狀態因素所影響，我們怎能確信自己觀察量度出來的結果是真切的呢
: ？愛因斯坦在其著作《相對論》中譯本三十頁裡曾提到「我們所看到物體在運動中收縮的
: 現象，事實上並非運動物體的本身在收縮，如是物體本身在收縮，這樣就毫無意義了」，
: 同理，狹義相對論裡的「時間膨脹」，其基於（１）我們必須堅信關於時空的本體論事實
: 只有一個。（２）由於狹義相對論效應（長度縮短、時間膨脹）出現於兩不同慣性座標系
: 間的量度，故我們無從區分並判斷實際值與測量值──實在界與現象界──是否一致。基
: 於這兩點，筆者可以肯定：人類對被觀察對象的認知結果的確不真切，而且此狹義相對論
: 效應只是「假象」罷了，實在界（例如運動物體本身的長度）並不可能會因為觀察者或被
: 觀察者的運動（等速）狀態而有所絲毫改變。但是廣義相對論（加速座標系與重力場中的
: 時間膨脹、空間彎曲與光線曲折）不是「假象」，例如孿生子問題的兩位主角最後回到同
: 一座標系時年齡竟然不同，在這裡必須區分廣義相對論與狹義相對論是有些不一樣的。
: 在狹義相對論裡，我們無法驗證，當現象界改變時，實在界是否與現象界有對等的改
: 變。或許這樣說會更清楚：我們根本無法知道實在界究竟發生了什麼，因為我們觀察不到
: 被觀察者本身，我們只能夠觀察到光訊號所傳遞之已發生的事件現象，對人類而言，實在
: 界究竟發生什麼是不重要的，重要的是現象界所發生的一切，這才是真正與主體有關聯─
: ─所以什麼是事實？觀察者所只能觀察到的「現象」就是事實，雖然它不見得「很真實」
: ，但還有什麼會比它「更真實」呢？
物理學有個很重要的原則：
所有的理論，必須經過實驗的印証，才能卻保它在學術上的地位
作者這一段寫的很亂，很顯然的，作者並沒有受過嚴格的數學推導訓練
許多話都是以自己的感覺與思考所拼湊出來的
當然，一般初學相對論的學生，都會有類似的疑惑
但要解決這些疑惑，就得靠數學工具，把有問題的眉角細節一一釐清
以作者所提到的孿生子問題，其實不是悖論
它是有明確的解答的（可惜一般的科普書針對這一點都寫得不清不楚）
要看這一對雙胞胎誰年老誰年輕，不是看 T1 T2 或 T1' T2' 的大小
（會出現孿生子悖論，就是因為 T1 < T2 與 T1' > T2' 同時成立）
但我們剛剛說過了，要論誰年老誰年輕，必須考慮「訊息傳遞」這件事
把這一對雙胞胎拉到同一地點比較年紀大小才有意義
在不同地點所比較的年紀大小並沒有任何意義
而拉到同一地點時，雙胞胎誰年紀大誰年紀小，年齡相差幾歲
是可以精確地計算出來的，不會有矛盾發生
另外作者又提到狹義相對論的長度縮短時間膨脹效應
從文章中來看，作者心中非常執著於絕對的時間與絕對的長度上
（從文中「實質的」三個字可以看出）
在相對論中，並沒有存在所謂「實質的」這樣的概念
其理論的基準點，都在描述不同的觀察者，所看到的種種物理量，之間的轉換關係
換句話說，在相對論中，每個觀察者都是平等的，之間只存在相對的關係
（所以，相對論這三個字，無論是英文的 Relativity 或中文的相對論
名字取得真好，直接表達這個理論的中心精神）
在一開頭，我提到了在自然世界的觀察測量，都離不開工具
在觀測相對論時，所需的工具是時鐘和尺
當甲相對靜止於實驗室時，甲在觀察是所使用的時鐘和尺，當然是相對靜止於實驗室
當乙相對於實驗室以 v 的速度運動時
乙在觀察是所使用的時鐘和尺，當然是相對於實驗室以 v 的速度運動
換句話說，進行觀察時，觀察工具的行為亦會受相對論支配
甲所使用的時鐘和尺，與乙所使用的時鐘和尺
前者是靜止於實驗室，後者是相對於實驗室以 v 的速度運動
所以，甲所量出來的時間、長度，與乙所量出來的時間、長度，當然有所不同
: （貼者補充：想一想，你「現在」看到的星星，「實際上」是多久以前的星星？）
: 相對論推翻了牛頓的絕對時空，但並不是沒有絕對速度，只是無法找到它罷了，畢竟
: 「相對是建立在絕對上」。如果上帝就在空間的絕對原點，我們將發現，光速的絕對性竟
: 使得上帝隱藏了起來──這似乎是上帝刻意的安排。人們只能掌握跟自己本身狀態有關的
: 操作值，再去設想「絕對」是沒有意義。人類（主體）是不可能脫離自己的「參考架構」
: 去判斷事物；相對論明白告訴我們這點，即使是在物理裡，自己對事物的觀察（認知）結
: 果永遠與本身的狀態（主觀因素）有密切關係，我們再也無法企求絕對唯一的客觀。
: 相對論同時促進休謨（ David Hume，1711-1776 ）式的相對主義以前所未有的聲勢
: 佔領現代人的心靈，這在後面會提到。相對論雖然沒有開啟非決定論的趨勢，卻是物理近
: 代革命與打擊唯物論（註六）的開始。唯物論預先假定有一確定的現在瞬間，一切物質在
: 現在瞬間中都同樣實在。
「相對論推翻了牛頓的絕對時空，但並不是沒有絕對速度，只是無法找到它罷了」
這句話愈來愈像在傳教
全世界沒有物理學家是以這種方式理解相對論的 @__@
作者似乎在宣揚他自己的哲學觀 @__@
: 愛因斯坦說：「我們力圖借助物理學理論，在迷宮中為自己尋求一條道路，藉著通過
: 大量已觀察到的情況，來整理和理解我們的感覺印象。我們希望觀察到的情況，能夠與我
: 們對實在界所作的概念相符合，如果不相信我們的理論結構能理解客觀實在界，如果不相
: 信我們世界的內在和諧性，那就不會有任何科學。這種信念，並且永遠是一切科學創造的
: 根本動機……在我們所有努力中，在每一次新舊觀念之間的戲劇鬥爭中，我們堅定了永恆
: 的求知欲望……當在求知上所遭遇的困難越多，這種欲望與信念也越增強（註七）。」儘
: 管愛因斯坦始終期待實在界與現象界的緊密統一，正如同他始終不願放棄物理決定論，但
: 是思潮的發展卻離他的期待越來越遠，而諷刺地，他的相對論正是這個趨勢一開始的源頭
: 註一：《宇宙漫步者─愛因斯坦》世紀人物傳記７，北辰文化股份有限公司，７６年
: ８月出版。
: 註二：《思想之謎與人類之夢─現代～當代之部》劉曉波，風雲時代出版，相對論部
: 分。
: 註三：某事件是否為另一事件的原因，在過去都已決定。它不隨現在的不同觀察者而
: 改變，光訊號所傳遞的是已發生的事件，並不是事件本身。
: 註四：《相對論》愛因斯坦著，徐氏基金會，頁６。
: 註五：現象界是表象的集合。
: 註六：認為整個實在界毫無例外地可以歸結於物質，以及完全從屬於物質條件的力量
: ，無需用不繫於物質的因素來解釋，凡是把實在界與現象界視為一事，即是為
: 其開路。
: 註七：《物理的進化》頁２０４─２０５，水牛出版社。
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