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分类: 相对论史话 |
首先是时间,在相对论的世界里,两件事情是否同时发生,成了一个不靠谱的概念。
在经典力学的世界里,同一位置是相对的,同一时间是绝对的。举个例子,你乘坐飞机从北京飞往上海,从坐上飞机,系好安全带的那一刻起,如果没有特殊情况,你就不会离开座位了(上厕所除外)。在你看来,在近2个小时的飞行时间里,你的位置没有变化,但在地面上的人看来,你已经从北京到了上海,你的位置发生了巨大的变化。这就是同一位置的相对性。下飞机时,你看了一下表,中午12点整。当你把这个消息告诉你的亲人、朋友、同事时,不管他们是在办公室、汽车还是火车上,哪怕他们在月球上,都会认为你确实是12点下的飞机。这就是同一时间的绝对性。
在相对论的世界里,不仅仅同一位置是相对的,同一时间也是相对的。假设有一辆运动的汽车,在汽车正中间的位置安装一个光源,光源同时向车头和车尾各发射一个光子。在汽车上的人看来,这两个光子同时到达车头和车尾,同时被测量到。在地面上的人看来是如何呢?两个光子分别以速度c向车头和车尾运动,同时汽车在向前开,所以向车尾飞去的光子先被测量到,向车头飞去的光子后被测量到,这就是同一时间的相对性。简单的说,就是在一个惯性系里同时发生的两件事情,在另外一个惯性系里不再是同时发生的,除非这两件事情不仅同时发生,还发生在同一地点。
不仅同时是相对的,在不同的惯性系里,时间的先后顺序也会发生变化。还举前面的例子,在地面上的人看来,车尾先测量到光子,车头后测量到光子。假设在另外一个参考系里,汽车向后行驶,那么那个参考系里的人将看到的是,车头先测量到光子,车尾后测量到光子。于是,两件事情的先后顺序发生了变化。
看到这里,有人不禁要问,是不是存在这样一个参考系?在这个参考系里,时间可以倒流,我们可以先看见你从飞机上下来,后看见飞机着陆。相对论告诉我们,没有!因为尽管在不同的参考系里,时间的先后顺序可以发生变化,但如果是有因果关系的两件事情,那么在任何参考系中,都会先发生因,后发生果,因果关系不会改变。因为在因和果之间是存在信息传递的,在相对论的世界里,任何信息的传递速度都不能大于光速c。也就是说如果在某个参考系中,在一个地点发生了因,一段时间后,在另外一个地点发生了果,那么两个地点之间的距离与时间之比一定小于c。简单的计算表明,在这种情况下,无论在那个参考系中观察,因果顺序都不会改变。我们永远也看不到短跑运动员先冲过终点线,后起跑的事情发生。