How fast are you moving right now? That seems like an easy question. The first tempting answer is, "I'm not moving." Upon further reflection, you realize that maybe the Earth's motion counts. So, a second tempting answer is, "19 miles/second around the Sun." But then you recall learning that the Sun moves around the center of the Milky Way galaxy, and the Milky Way moves within the Local Group of galaxies, and the Local Group moves within the Virgo Cluster, and the Virgo Cluster moves within... "How fast are you moving?" is not an easy question. When Mission Control tells astronauts how fast they're going, there's always an assumed standard of rest. At the start of the voyage, speeds are given relative to the launchpad. But later, when the launchpad is just one more arbritrary place down there on Earth's spinning surface, speeds are given relative to the idealized, non-spinning pinpoint center of Earth. On their way to the Moon, Apollo astronauts had a hard time answering the question, "How fast are you moving?" Speed away from Earth was one thing, and speed toward the Moon was quite another. That's because the Earth and the Moon move relative to one another. Ah, of course! Speed is a relative quantity. When Captain Kirk ask Lieutenant Sulu if the Starship Enterprise has reached a speed of warp 7, Sulu should reply, "Relative to what, Captain?" Such a sassy reply may get subordinate Starfleet officers in trouble, but it is the only good answer to the question, "How fast are you moving?" This is basic relatively talking. Not fancy Einsteinian relativity, but good old fashioned (and still correct) Galilean relativity. Galileo seems to have been the first person to realize that there is no such thing as an absolute speed. Speeds are relative. This means that speeds only have meaning when they are referred to a reference frame. Presumably that reference frame is itself at rest. But then we have to ask again, "At rest relative to what?" Because even the concept of rest has lost any hint of absolute meaning. Speed is relative, and rest is relative. Earth's speed is 19 miles/second relative to the Sun. The Enterprise's speed is warp 7 relative to the center of the Milky Way galaxy. Your speed is zero relative to your easy chair. But depending on where you sit, it is hundreds of miles/hour relative to Earth's center. When we furrow a brow and ask, "But how fast is Earth really moving?" we imagine Spaceship Earth plowing through the ocean of space as it orbits the Sun. But space is not an ocean. It has no substance as water does. Space is not a thing; space is nothing. Space is no thing. You can move between two points in space, say between Earth and Mars, but you can't move through space. There's nothing to move through. It's like trying to say how much a hole weighs. A hole weighs exactly nothing because a hole is nothing. It's a void, and so is space. To move relative to nothing is meaningless. The concepts of speed and of rest have only relative meaning. They are absolutely meaningless. They mean something only with respect to arbitrarily chosen, artificial frames of reference. If, someday, you are buckled into your spaceship, and you see from the side window, say, a space station whizz by at constant speed, there is no way to know which of you is really moving. Neither of you is really moving because there is no deep reality about constant speed. Constant speed in a straight line has only relative meaning, a kind of relative reality. Does this mean that all motion is relative? No! Some motions have only relative meaning, but some motions have absolute meaning, are absolutely real. For example, constant speed is relative, but change in speed is absolute. Calling something absolute in science means that arbitrary standards are not used in its measurement. It is unambiguously measurable. When your spaceship fires its engines, your change in speed is beyond doubt. You feel it in your stomach, and your ship's sensors can measure it. Outside your window, the passing space station may seem to be changing speed, but the beings inside the station will not feel it. And no sensors can measure it. You are really changing speed, and they are really are not. There's something absolutely real about changes in speed. The same goes for rotation. If your spaceship is spinning, you can feel it, and your ship's sensors can measure it. The space station outside may seem to be going around you, but it is you who feels queasy, not the folks in the space station. You are really spinning, and they really are not. There's something absolutely real about rotation. So, some motions are relative, and some are not. There is no deep reality about constant speed, but changes in speed are deeply real, and so are rotations. We have to be thoughtful in our analysis of everyday experience in order to identify what is deeply real. Since we can be fooled by perceptions as basic as speed, maybe every perception deserves careful scrutiny. This is what inspired Einstein to his incredible insights about the speed of light and forward time travel. Knowing how to identify what is deeply real is tough and important work. If a police officer ever pulls you over for speeding and asks, "Do you know how fast you were going?" an insightful, though perhaps unwise, reply would be, "Relative to what?" And then, as you sit in the backseat of the police car and feel it accelerate toward jail, you can add, "But some things are absolute!"
כמה מהר אתם נעים כרגע? זה נראה כמו שאלה קלה. התשובה המפתה הראשונה היא, "אני לא זז." אבל לאחר חשיבה נוספת, אתם מבינים שאולי התנועה של כדור הארץ נחשבת. אז, תשובה מפתה שניה היא, "30.5 קילומטר בשניה מסביב לשמש." אבל אז אתם נזכרים שלמדתם שהשמש נעה סביב מרכז שביל החלב, ושביל החלב נע בתוך קבוצת הגלקסיות המקומית, והקבוצה המקומית נעה בתוך צביר בתולה, וצביר בתולה נע בתוך.... "כמה מהר אתם נעים?" זו לא שאלה פשוטה. כשבקרת המשימה אומרת לאסטרונאוטים כמה מהר הם נעים, תמיד יש הנחה לגבי התקן למנוחה. בתחילת המסע, מהירויות ניתנות יחסית לכן השיגור. אבל לאחר מכן, כשכן השיגור הוא רק עוד נקודה שרירותית על פני כדור הארץ המסתובבים, מהירויות ניתנות יחסית לנקודה האידיאלית הלא מסתובבת במרכז כדור הארץ. בדרך לירח, לאסטרונאוטים של אפולו היה קשה לענות על השאלה, "כמה מהר אתם נעים?" מהירות התרחקות מכדור הארץ היתה דבר אחד, ומהירות התקרבות לירח היתה דבר אחר. זה בגלל שכדור הארץ והירח נעים יחסית אחד לשני. אה, כמובן! מהירות היא מידה יחסית. כשקפטן קירק מבקש מסגן סולו אם האנטרפרייז הגיעה למהירות עיוות 7, סולו צריך לענות, "יחסית למה, קפטן?" כזו תשובה חצופה אולי יכולה להכניס קציני צי הכוכבים לצרות, אבל היא התשובה הטובה היחידה לשאלה, "כמה מהר אתם נעים?" זו יחסיות בסיסית מדברת. לא יחסות מפוארת של אינשטיין, אלא יחסות טובה וותיקה (ועדיין נכונה) של גלילאו. נראה שגלילאו היה האדם הראשון להבין שאין כזה דבר מהירות אבסולוטית. מהירויות הן יחסיות. זה אומר שלמהירויות יש משמעות רק כשהן מתיחסות למסגרת יחוס. בהנחה שמסגרת היחוס עצמה היא במנוחה אבל אז אנחנו צריכים לשאול שוב, "במנוחה יחסית למה?" מפני שאפילו הרעיון של מנוחה איבד כל רמז למשמעות אבסולוטית. מהירות היא יחסית ומנוחה היא יחסית. מהירות כדור הארץ היא 30.2 קילומטר לשניה יחסית לשמש. מהירות האנטרפרייז היא עיוות 7 יחסית למרכז שביל החלב. המהירות שלכם היא אפס יחסית לכורסא שלכם. אבל בהתאם למקום בו אתם יושבים, זה מאות קילומטרים לשעה יחסית למרכז כדור הארץ. כשאנחנו מרימים גבה ושואלים, "אבל כמה מהר כדור הארץ באמת זז?" אנחנו מדמיינים את ספינת החלל כדור הארץ שטה באוקיינוס החלל כשהוא מקיף את השמש. אבל החלל הוא לא אוקיינוס. אין בו חומר כמו שיש במים. החלל הוא לא משהו; החלל הוא כלום. החלל הוא שום דבר. אתם יכולים לנוע בין שתי נקודות בחלל, נגיד בין כדור הארץ למאדים, אבל אתם לא יכולים לנוע דרך החלל. אין מה לנוע דרכו. זה כמו לנסות להגיד כמה שוקל חור. חור שוקל בדיוק כלום מפני שחור הוא כלום. הוא ריקנות, וכך גם החלל. לנוע יחסית לכלום זה חסר משמעות. לרעיון של מהירות ומנוחה יש רק משמעות יחסית. הם לחלוטין חסרי משמעות. יש להם משמעות רק יחסית לנקודה אקראית שנבחרה, מסגרות מלאכותיות של יחוס. אם, יום אחד, אתם נחגרים לחללית שלכם, ואתם רואים מחלון הצד, נגיד, תחנת חלל עוברת במהירות קבועה, אין דרך לדעת מי מכם באמת נע. אף אחד מכם לא באמת נע מפני שאין מציאות משמעותית לגבי מהירות קבועה. למהירות קבועה בקו ישר יש רק משמעות יחסית, סוג של מציאות יחסית. האם זה אומר שכל תנועה היא יחסית? לא! לחלק מהתנועות יש רק משמעות יחסית, אבל לחלק מהמהירויות יש משמעות אבסולוטית, הן מציאותיות לחלוטין. לדוגמה, מהירות קבועה היא יחסית, אבל שינוי במהירות הוא אבסולוטי. לקרוא למשהו אבסולוטי במדע אומר שסטנדרטים שרירותיים לא בשימוש במדידה. זה ניתן למדידה חד משמעית. כשהחללית שלכם מניעה את המנועים שלה, שינוי המהירות שלכם לא נתון לערעור. אתם מרגישים אותו בבטן שלכם, והחיישנים של החללית שלכם יכולים למדוד אותה. מחוץ לחלון, תחנת החלל שעוברת אולי נראית כאילו היא משנה מהירות, אבל האנשים בתוך התחנה לא ירגישו את זה. ואין חיישנים שיכולים למדוד את זה. אתם באמת משנים מהירות, והם באמת לא. יש משהו אמיתי לגמרי בשינויי מהירות. אותו דבר תקף לסיבוב. אם החללית שלכם מסתובבת, אתם יכולים להרגיש את זה, והחיישנים של החללית יכולים למדוד את זה. תחנת החלל בחוץ נראית אולי כאילו היא מסתובבת איתכם, אבל זה אתם שמרגישים בחילה, לא האנשים בתחנת החלל. אתם באמת מסתובבים, והם באמת לא. יש משהו אמיתי אבסולוטית בסיבוב. אז, כמה תנועות הן יחסיות, וכמה לא. אין מציאות עמוקה על מהירות קבועה, אבל שינויים במהירות הם לגמרי אמיתיים, וכך גם סיבובים. אנחנו צריכים להתחשב בניתוח שלנו של חוויות יום יומיות כדי לזהות מה הוא באמת אמיתי. מאחר ואנחנו יכולים להיות מוטעים על ידי תפיסה בסיסית כמו מהירות, אולי לכל תפישה מגיעה בחינה עמוקה. זה מה שנתן השראה לאיינשטיין לתובנות המדהימות שלו ולגבי מהירות האור ומסע קדימה בזמן. לדעת איך לזהות מה אמיתי לגמרי זו עבודה קשה וחשובה אם שוטר אי פעם יעצור אתכם על מהירות מופרזת וישאל, "אתם יודעים באיזה מהירות נסעתם?" תשובה נכונה אבל אולי לא חכמה תהיה, "יחסית למה?" ואז, כשאתם יושבים בכיסא האחורי של מכונית המשטרה ומרגישים אותה מאיצה לכיוון הכלא, אתם יכולים להוסיף, "אבל חלק מהדברים הם אבסולוטיים!"