Semiotic Scaffolding的一个绝妙例子。。。。

戴榕菁

爱因斯坦的同时性的相对性和光速不变假设是相互依赖的。

通常人们以为同时性的相对性依赖光速不变。其实，在某种意义上正相反。

没有光速不变，就没有洛伦兹变换，这最多无法对与同时性的相对性相关的问题进行数学计算，不过仍然可以如那位Rudolf老兄所说的那样按照爱因斯坦的逻辑来得出同时性的相对性本身。

但是，如果没有同时性的相对性，那个光速不变马上就会出逻辑问题。回到爱因斯坦的火车实验，假如没有同时性的相对性，那么按照作为狭义相对论的前提的真空中光速不变的假设，光对于M点和M’点的速度不会因为火车的速度v而改变。而闪电发生的瞬间，AM=AM=BM=BM=L。。。按照时间=距离/速度的公式，闪电到达M点和M’点所需要的时间都应该是dt = L/c。

爱因斯坦意识到这样做会出现逻辑问题。而他解决问题的方案不是象经典力学那样，通过c+v和c-v来回避逻辑矛盾，而是通过假定对于火车来说这两件事不是同时发生的来回避这个矛盾。

当爱因斯坦假定A和B处的闪电对于相对M运动的M’来说不是同时发生的之后，他就可以放心大胆地运用光速不变的假设了。。。虽然我们仍有AM=AM’=BM=BM’=L， 闪电到达M点和M’点所需要的时间也仍然都应该是dt = L/c， 但是因为现在对于M’来说B点的闪电先发生，A点的闪电后发生，所以，M’当然就不会同时看到两个闪电了。

所以，是同时性的相对性假设救了光速不变假设，而不是光速不变假设救了同时性的相对性假设。

而我的那个否认光速不变的思想实验本身不但否定了光速不变的假设，其实也曝露了爱因斯坦的火车实验是通过同时性的相对性来救光速不变的用意。。。这是因为我的思想实验只从飞船的一端而不是两端发射光线，而且我的光线是当飞船两端与A和B重合的时候发射。。。这里的关键在于按照洛伦兹变换，飞船两端与A和B的重合是完全没问题的。其实，对我的实验来说，不论在飞船的坐标系还是在太空坐标系里，我都根本不需要事先知道A和B的距离，只要知道在发射光线那瞬间与船头重合的就是B，与船尾重合的就是A就行了。。。按照洛伦兹变换，飞船自身上的所有点都不存在同时性的相对性问题（比如爱因斯坦的火车实验中的A和B相距很远，但是对于M来说它们之间的同时性是没有问题的）。。。。这也完全合理，因为，同一参照系中的时钟是可以在不涉及任何相对性原理的情况下校对（calibrate）一致。。。。。。这样一来，就凸显出爱因斯坦通过从两端发光而得出的同时性的相对性是专门为了救光速不变而设置的痕迹了（因为，如果不是从两端发光而只从一端发光就可以打破光速不变）。。。。

另外，虽然我这里要否定爱因斯坦这么做的合理性，但对于不了解Semiotic Scaffolding的读者来说，爱因斯坦这里其实提供了一个典型的Semiotic Scaffolding的例子：如他在前文的参考文献中所给出的论述，他先用因为火车有速度v得出M’看到的来自A与B的闪电不是同时的来得出同时性的相对性，但是一旦他得出了同时性的相对性结论后，他随手就用光速不变否定了火车速度v对于闪电到达M’所需的时间的影响------这就是Semiotic Scaffolding的意思。。。先用某个概念得出新的知识，然后用新的知识否定之前的概念或否定之前的概念所依据的基础。。。。

我们这次要否定狭义相对论也需要用到Semiotic Scaffolding。。。这是因为当初的时空的概念是由狭义相对论建立起来的。。。现在我们否定了狭义相对论，仍然要用到广义相对论，而广义相对论是建立在时空弯曲的概念的基础上的。。。因此，从历史发展的角度来看，我们是先有了狭义相对论，并通过狭义相对论建立起时空的概念，然后有了时空的概念我们就可以有时空弯曲的概念，有了时空弯曲的概念之后，我们就可以有广义相对论。。。而当我们有了广义相对论之后，现在轮到我们否定狭义相对论了。。。。。这就是Semiotic Scaffolding。。。。。。