存在的物理学：“现在”正在发生的是相对的

在狭义相对论中，两个事件同时发生的声明是没有意义的。

HARD SCIENCE — AUGUST 19, 2022

Sabine Hossenfelder

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关键要点

我们总是看事物为它们更早一点看的一样，但我们通常不会在日常生活中注意到这一点。然而，它变得甚至更诡异。

     在狭义相对论中，两个事件同时发生的声明是没有意义的。

每个事件对某人是“现在”。

许可摘自《存在的物理学：生命最大问题的科学家指南》，由Sabine Hossenfelder撰写，由Viking出版。

时间的流逝不是普遍的事实已经是相当弯曲思维的，但还有更多。因为光速非常快但有限，光到达我们要用时间，因此，严格地说，我们总是看事物为它们看起来更早一点的一样。不过，再一次我们通常不会在日常生活中注意到这一点。光旅行如此之快以至于我们在地球短距离上看到的无关紧要。例如，如果你抬头观察云彩，你实际上看到的云朵是它们在百万分之一秒前的样子。这真的没有做出一个大的区别，不是吗？我们看太阳为它八分钟前的样子，但因为太阳通常不会在几分钟内变化太多，光的旅行时间并没有做出一个大的区别。如果你观察北极星，你会看到它为它434年前的样子。但是，是的，你可能会说如此怎样？

来将这种在某件事发生的那一刻和我们的它的观察之间时间滞后归因为一个感知的限制是诱人的，但它有深远的后果。再一次，问题是时间的流逝不是普遍的。如果你问其他地方“同时”发生什么------例如，刚好当太阳发出你现在看到的光时你在做什么------对这个问题没有有意义的答案。

这个问题被称为同时性的相对性，它被爱因斯坦本人很好地说明。要了解这怎样成的，制作一些空时图有帮助。很难画出四个维度，因此我希望你能原谅我，如果我只使用一个空间维度和一个时间维度。在此图中，一个不相对于所选坐标系移动的对象被一条垂直直线描述（图 1）。这些坐标也指为对象的静止帧。一个以等速移动的物体做出一条以一定角度倾斜的直线。按照惯例，物理学家使用一个45度角来表示光速。光速对所有观察者都是同一的，因为它不能被超越，物理物体必须在倾斜小于45度的线上移动。

爱因斯坦现在如下争论了。让我们说你想通过使用激光束的脉冲来构建一个同时性的观念，这些脉冲相对于你从静止的镜子反弹。您向右发送一个脉冲，向左发送一个脉冲并在镜子之间移动您的位置，直到脉冲在同一时刻返回到您（见图2a）。然后你知道你正好在中间，激光束在同一时刻击中两面镜子。

一旦你已经做到了这一点，你就知道在你自己的时间中的哪个时刻激光脉冲会击中两面镜子，即使你不能看到它，因为来自这些事件的光还没有到达你。你可以观察你的时钟说：“现在！通过这种方式，你已经构建了一个同时性的观念，原则上，可以跨越整个宇宙。在实践中，你可能没有耐心来等待一千亿年让激光脉冲来返回，但对你这是理论物理学。

现在想象你的朋友苏相对于你移动并试图做同样的事情（图2b）。让我们说她从左向右移动。苏也使用两面镜子，一面在她的右边，一面在她的左边，镜子以相同的速度与她一起移动------因此，镜子相对于苏是静止的，就像你的镜子相对于你是相对的一样。像你一样，她向两个方向发送激光脉冲并定位她自己以便脉冲在同一时刻从两侧返回到她。像你一样，她然后知道脉冲在同一时刻击中两面镜子，她能计算出哪个时刻刚好对应于她自己的时钟。

问题是她得到一个与你做的不同的结果。按照你，苏认为同时发生的两件事不会同时发生。那是因为从你的角度脉冲正在朝着其中一面镜子移动远离另一面镜子。对你脉冲到达她左边的镜子所需的时间似乎比另一个脉冲赶上她右边的镜子所需的时间更短。只是苏没有注意到，因为在脉冲从镜子返回的路径上相反的发生。从镜子到苏左边的脉搏要用更长的时间才能赶上她，而来自她右边镜子的脉冲更快到达。

你会声称苏正在犯一个错误，但按照苏你正在犯这个错误，因为对她你是那个正在移动的人。她会说，实际上你的激光脉冲不会同时击中你的镜子（图2c和2d）。

谁是对的？你们俩都不是。这个例子表明在狭义相对论中，两个事件同时发生的声明是没有意义的。

值得强调的是这个论点之所以起作用只是因为光不需要一个介质来在其中传播，而光速（在真空中）对所有观察者都是一样的。例如，这个论点不适用于声波（或任何其他不在真空中的光信号），因为那时对于所有观察者信号的速度真的并不相同，相反，它将取决于它所传播在的媒介中。在那种情况下，你们中的一个人客观上是对的，另一个人是错的。你的现在的观念可能与我的不同是一个我们欠阿尔伯特·爱因斯坦的洞察力。

我们刚刚确定了两个相对彼此移动的观察者对两个事件同时发生意味的不一致。这不仅很奇怪，而且完全侵蚀了我们的现实的直觉观念。

要看到这一点，假设你有两个彼此之间没有因果联系的事件，这意味着你不能从一个事件发送一个信号到另一个事件，甚至以光速不行。图示上，“不因果联系”只是意味着如果你穿过两个事件画一条直线，线和水平线之间的角度小于45度。但请再观察图 2b。对于两个没有因果联系的事件，你总能想象一个观察者，对这个观察者这条直线上的一切都是同时的。您只需要选择观察者的速度以便激光脉冲的返回点在线上。但是，如果任何两个没有因果关系的点同时对某人发生，那么每个事件对某人都是“现在”。

为了说明后一步，让我们说一个事件是你的出生另一个事件是超新星爆炸（见图3）。爆炸与你的出生因果上断开的，这意味着在你出生时来自它的光还没有到达地球。然后，你能想象你的朋友太空旅行者苏同时看到这些事件，因此按照她它们同时的发生了。

进一步假设当某人死时来自超新星的光还没有到达地球。然后某人的朋友保罗可以找到一种在某人和超新星之间旅行的方法，这样他就会同时看到某人的死亡和超新星。按照保罗它们都同时的发生了。

https://bigthink.com/hard-science/special-relativity-existential-physics/