9. 同時的相對性

到目前為止，我們一直是參照被我們稱為“鐵路路基”的特定參照物進行思考的。假定現在有一列很長的火車以恒定速度v沿著圖1所標明的方向行駛。乘坐這列火車的人可以方便地把火車當做剛性參照物（坐標系），參照火車來考察所有事件。于是，沿鐵路發生的每一個事件也在火車的某一特定點上發生。而且和相對于路基給出的同時性定義完全一樣，我們也可以相對于火車給出同時性的定義。但現在自然產生了如下問題：

相對于鐵路路基是同時的兩個事件（例如A和B的兩處雷擊），相對于火車也是同時的嗎？我們馬上就會表明，回答必然是否定的。

我們說A、B兩處雷擊相對于路基而言是同時的，我們的意思是指：從A、B兩雷擊處發出的光線在路基距離A－B的中點M相遇。但事件A和B也對應于火車上的位置A和B。設M′為行駛火車上距離A－B的中點。雖然雷擊發生時^注7點M′與點M重合，但如圖所示，點M′以火車的速度v向右移動。倘若坐在火車M′處的一個觀察者并不具有這個速度，那么他將總是停在M點，從雷擊A和B發出的光線將同時到達他這里，也就是說兩條光線正好在他這里相遇。然而實際上（從路基上判斷），這個觀察者正在迎著來自B的光線快速行進，同時也先于來自A的光線向前行進。因此這個觀察者將先看見從B發出的光線，后看見從A發出的光線。于是，以列車為參照物的觀察者必然得出結論說，雷擊B先于雷擊A發生。這樣我們就得出了以下重要結果：

相對于路基是同時的若干事件，相對于火車并不是同時的，反之亦然（同時的相對性）。每一個參照物（坐標系）都有其特殊時間；只有被告知時間陳述是相對于哪一個參照物的，時間陳述才有意義。

相對論創立之前，物理學一直隱含地假定，時間陳述有一種絕對的意義，即時間陳述與參照物的運動狀態無關。但我們已經看到，這一假定與最自然的同時性定義是不相容的；如果拋棄這個假定，第7節中討論的真空中光的傳播定律與相對性原理之間的沖突便消失了。

這一沖突源自第6節的思考，這些思考現在已經站不住腳了。我們曾在那一節斷言，如果車廂里的人相對于車廂在一秒鐘內走過距離w，那么他在一秒鐘內相對于路基也會走過相同的距離。但是根據以上論述，絕不能認為相對于車廂發生某一特定事件所需的時間就一定等于以路基為參照物判斷發生同一事件所需的時間。因此我們不能斷言，在車廂里走動的人相對于鐵軌走距離w所需的時間從路基上判斷等于一秒鐘。

此外，第6節的思考還基于另一個假定。嚴格說來，這個假定是任意的，盡管在相對論創立之前，該假定一直被默認。