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!"
ขณะนี้คุณกำลังเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่าไร? คำตอบดูเหมือนจะง่าย คำตอบแรกที่มักตอบกันคือ "ฉันไม่ได้เคลื่อนที่" เมื่อไตร่ตรองดีๆ คุณตระหนักว่าการเคลื่อนที่ของโลก อาจจะเกี่ยว คำตอบที่สองที่มักตอบกันก็คือ "19ไมล์/วินาที ไปรอบดวงอาทิตย์" แต่แล้วคุณก็นึกได้ว่าดวงอาทิตย์ ก็เคลื่อนที่ไปรอบๆ กาแล็คซีทางช้างเผือก และกาแล็คซีทางช้างเผือกก็เคลื่อนที่ อยู่ในกลุ่มกาแล็คซี และกลุ่มกาแล็คซีก็เคลื่อนที่ อยู่ในกลุ่มเวอโก้ (Virgo Cluster) และกลุ่มเวอโก้ ก็เคลื่อนที่ใน.... "คุณเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่าไร?" ไม่ใช่คำถามง่ายๆ เมื่อศูนย์ควบคุมบอกนักบินอวกาศ ว่าพวกเขาเคลื่อนที่เร็วเท่าไร จะต้องมีกรอบอ้างอิงสมมุติเสมอ ที่จุดเริ่มต้น ความเร็วสัมพัทธ์กับฐานปล่อย แต่ต่อมา เมื่อฐานปล่อย เป็นแค่จุดที่ไม่แน่นอน บนผิวโลกที่มีการหมุนตัว ความเร็วจะสัมพัทธ์กับ จุดศูนย์กลางสมมุติที่ไม่หมุนของโลก ระหว่างไปดวงจันทร์ นักบินอวกาศอพอลโลเผชิญความลำบาก ที่จะตอบคำถามว่า "ความเร็วยานเป็นเท่าไร?" ความเร็วออกจากโลกเป็นค่าหนึ่ง ความเร็วที่เข้าหาดวงจันทร์ก็เป็นอีกค่าหนึ่ง นั่นเป็นเพราะ โลกและดวงจันทร์ เคลื่อนที่สัมพัทธ์กัน อ้า แน่นอน ความเร็วนั้นเป็นปริมาณเชิงสัมพัทธ์ เมื่อกัปตันเคิร์กถามเรือโทซูลู ถ้ายานเอ็นเตอร์ไพรส์ถึงความเร็วระดับวาร์ป 7 ซูลูควรจะตอบกลับว่า "ความเร็วเทียบกับอะไรครับกัปตัน?" คำตอบแบบโอหังนี้ อาจทำให้เขาถูกกัปตันเล่นงาน แต่มันก็เป็นสิ่งเดียวที่ควรจะตอบ สำหรับคำถามว่า "ความเร็วขณะนี้เป็นเท่าไร?" นี่เป็นการพูดถึงสัมพัทธภาพพื้นฐาน ไม่ใช่ทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ แต่ทฤษฎีดั้งเดิม (และยังคงถูกต้อง) สัมพัธภาพของกาลิเลโอ ดูเหมือนว่ากาลิเลโอจะเป็นคนแรก ที่ตระหนักว่ามันไม่มี ความเร็วสัมบูรณ์ ความเร็วเป็นค่าสัมพัทธ์ นี่หมายถึงความเร็วจะมีค่า ก็ต่อเมื่อมันมีกรอบอ้างอิง โดยสมมุติให้กรอบอ้างอิงนั้นอยู่กับที่ แต่เราต้องถามต่อไปอีกว่า "การอยู่กับที่นั้นเทียบกับอะไร?" เพราะว่าแม้แต่การอยู่กับที่ ก็ไม่ได้เป็นค่าสัมบูรณ์ ความเร็วและการอยู่นิ่งๆ ต่างเป็นค่าสัมพัทธ์ โลกเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 19ไมล์/วินาที เทียบกับดวงอาทิตย์ ความเร็วของยานเอ็นเตอร์ไพรส์มีค่าวาร์ป 7 เทียบกับจุดศูนย์กลางของ กาแลกซี่ทางช้างเผือก ความเร็วคุณเท่ากับศูนย์ เทียบกับเก้าอี้ที่คุณนั่ง แต่ขึ้นอยู่กับจุดที่คุณนั่ง ความเร็วอาจเป็นหลายร้อยไมล์/ชั่วโมง เมื่อเทียบกับจุดศูนย์กลางโลก เราคงคิ้วขมวดแล้วถามต่อว่า "จริงๆ โลกเคลื่อนที่เร็วเท่าไร?" จินตนาการให้โลกเป็นยานอวกาศ เล่นผ่านมหาสมุทธอวกาศ โคจรรอบดวงอาทิตย์ แต่อวกาศนั้นไม่เหมือนกับมหาสมุทร มันไม่มีสสารแบบน้ำในมหาสมุทร อวกาศไม่ใช่วัตถุ อวกาศนั้นว่างเปล่า ไม่มีอะไรในนั้น คุณสามารถเคลื่อนที่ระหว่าง จุดสองจุดในอวกาศ เช่น ระหว่างโลกกับดาวอังคาร แต่คุณไม่สามารถเคลื่อนผ่านอวกาศ มันไม่มีอะไรให้เคลื่อนผ่าน เหมือนกับการพยายามหาว่า รูมีน้ำหนักเท่าไร รูไม่มีน้ำหนัก เพราะรูนั้นว่างเปล่า มันเป็นช่องว่าง เหมือนอวกาศ การเคลื่อนที่โดยไม่สัมพัทธ์กับอะไร นั้นไร้ความหมาย แนวคิดเรื่องความเร็วและการหยุดอยู่นิ่ง มีความหมายในเชิงสัมพัทธ์เท่านั้น ในเชิงสัมบูรณ์พวกมันไร้ความหมายโดยสิ้นเชิง พวกมันมีความหมายบางอย่าง เฉพาะประเด็นที่เลือกค่าสมมุติ กรอบอ้างอิงที่สังเคราะห์ขึ้น ถ้าวันหนึ่งเกิดคุณติดอยู่ในยานอวกาศ และคุณมองออกไปทางหน้าต่าง เห็นสถานีอวกาศแล่นผ่านไปด้วยความเร็วคงที่ จะไม่มีทางรู้ได้เลยว่า ใครกันแน่ที่เคลื่อนที่อยู่ ทั้งคู่นั้นไม่ได้เคลื่อนที่จริงๆ เพราะว่ามันไม่มีความจริงแท้ เกี่ยวกับความเร็วที่คงที่ ความเร็วคงที่ในแนวตรง มีความหมายในเชิงสัมพัทธ์เท่านั้น เป็นความจริงเชิงสัมพัทธ์แบบหนึ่ง นี่หมายความว่าการเคลื่อนที่ทุกอย่าง มีความสัมพัทธ์ ? ไม่! การเคลื่อนที่บางประเภท มีความหมายแต่ในเชิงสัมพัทธ์ แต่บางประเภทก็ความหมายเชิงสัมบูรณ์ นั้นเป็นความจริงแท้ เช่น ความเร็วคงที่เป็นค่าสัมพัทธ์ แต่ความเร่งเป็นค่าสัมบูรณ์ เรียกสิ่งใดว่าสัมบูรณ์ในวิทยาศาสตร์ หมายถึงไม่ต้องใช้ค่าพื้นฐานสมมุติ ในการตรวจวัด ค่าที่วัดได้จะชัดเจนไม่สับสน เมื่อยานอวกาศจุดระเบิดเครื่องยนต์ ความเร็วของคุณนั้นเปลี่ยนไปอย่างไม่ต้องสงสัย คุณรู้สึกได้จากในท้องของคุณ และมิเตอร์ในยานอวกาศก็วัดค่ามันได้ ที่นอกหน้าต่างนั่น สถานีอวกาศได้แล่นผ่านไป ดูเหมือนว่ามันกำลังจะเปลี่ยนความเร็ว แต่คนในสถานีอวกาศนั้นไม่รู้สึกถึงมัน และไม่มีเซ็นเซอร์ไหนวัดความเร็วได้ คุณเองนั่นแหละที่กำลังเปลี่ยนความเร็ว ไม่ใช่สถานีอวกาศนั่น มันมีความจริงสัมบูรณ์บางอย่าง เกี่ยวกับความเร่ง เช่นเดียวกับ การหมุน ถ้ายานอวกาศคุณกำลังหมุน คุณจะรู้สึกได้ และมิเตอร์ในยานนั้นก็จะวัดค่าได้ สถานีอวกาศข้างนอกนั่น ดูเหมือนจะกำลังวนรอบๆคุณ แต่กลับเป็นคุณเองที่รู้สึกคลื่นไส้ ไม่ใช่คนในสถานีอวกาศนั่น คุณนั่นแหละที่กำลังหมุนติ้ว ไม่ใช่พวกเขา มันมีความจริงสัมบูรณ์บางอย่างเกี่ยวกับการหมุน ดังนั้น บางการเคลื่อนที่เป็นค่าสัมพัทธ์ แต่บางแบบไม่ใช่ มันไม่มีความเป็นจริงกับความเร็วที่คงที่ แต่ความเร่งนั้นเป็นของจริง เช่นเดียวกับการหมุน เราต้องครุ่นคิดให้ดี เมื่อเราคิดถึงประสบการณ์ในแต่ละวัน เพื่อที่จะระบุว่าอะไรเป็นความจริงแท้ เพราะเราอาจถูกหลอกโดยแนวคิด จากเรื่องพื้นฐานอย่างเช่นความเร็ว บางทีอาจต้องทุกๆ แนวคิดเลยที่ต้องระวัง มันเป็นแรงบันดาลใจให้ไอน์สไตน์ ทำให้เขาเข้าใจแจ่มแจ้ง เกี่ยวกับความเร็วแสงและการเดินทางข้ามเวลา การรู้วิธีที่จะระบุ ว่าอะไรเป็นความจริงแท้ นั้นไม่ง่ายและเป็นเรื่องสำคัญ ถ้าคุณถูกตำรวจเรียกให้เข้าข้างทาง เนื่องจากความเร็ว แล้วถามว่า "คุณรู้ไหมคุณขับเร็วเท่าไหร่?" จากความเข้าใจ แต่อาจไม่ควรเท่าไร คุณตอบว่า "ความเร็วเทียบกับอะไรล่ะ?" จากนั้น คุณก็ได้นั่งในเบาะหลังของรถตำรวจ และรู้สึกถึงความเร่งที่มุ่งหน้าสู่เรือนจำ ถึงตอนนั้น คุณอาจเสริมไปว่า "แต่บางสิ่งก็เป็นที่แน่แท้!"