5．什么是“同時”？

同時，是我們在日常生活中常用的詞匯?！八麄儍扇送瑫r到達(dá)山頂”、“電視新聞同時在全國各地播出”……好像每個人都非常理解這個詞表達(dá)的意思，不就是說兩件事在同一時刻發(fā)生嗎？

不過，什么叫“同一時刻”呢？這樣說的意思首先是認(rèn)為時間是一個絕對的概念，上帝在某處設(shè)立了一個大大的、精確無比的標(biāo)準(zhǔn)鐘。然而，如果你深入考察下時間的概念，可能會使你越想越糊涂。時間是什么？正如公元4世紀(jì)哲學(xué)家圣·奧古斯丁對“時間”概念的名言：

“If no one asks me，I know what it is．If I wish to explain it to him who asks，I do not know．”

我把它翻譯成如下兩句：“無人問時我知曉，欲求答案卻茫然?！?/p>

時間是絕對的，還是相對的？如果說它是絕對的，顯然不符合相對性原理。上帝絕對準(zhǔn)確的鐘該放在哪里呢？地球上？太陽上？或是別的什么地方？這好像是又回到了地心說、日心說之爭的年代。現(xiàn)代社會幾乎每一個人都知道，無論是地球還是太陽，都只是茫茫浩瀚宇宙中一個小小的天體。所以，從一般現(xiàn)代人的常識來看，也似乎不應(yīng)該存在一個絕對的時間。而愛因斯坦也正是深刻理解了時間的“相對性”的意義，才在創(chuàng)立狹義相對論的過程中，邁出了關(guān)鍵的一步。

愛因斯坦有一個廣為人知的比喻：“和一位漂亮女孩在一起待上一小時，你會感覺像一秒鐘；但如果讓你在火爐子上待上一秒鐘，你會感覺像一小時。這就是相對論?！北M管這的確是愛因斯坦所言，但在比喻中他指的是時間在心理上的相對性，而我們想要探究的，卻是愛因斯坦探討的時間在物理意義上的相對性。

狹義相對論中同時的相對性，是來自于相對論的兩個基本假設(shè)：相對性原理和光速不變。

如果兩個事件對某一個觀察系來說是同時的，對另一個觀察系來說就不一定是同時的。我們用圖1-5-1中所示的例子來說明這個問題。如下的解釋中，以承認(rèn)相對性原理和光速不變?yōu)榍疤帷?/p>

圖1-5-1　同時的相對性

一列火車以速度v運動，站在車廂正中間的Alice，當(dāng)經(jīng)過地面上的Bob時點亮了車廂正中位置的一盞燈，向左和向右的兩束燈光將以真空中的光速c分別傳播到車尾A和車頭B。在Alice看起來，燈到A和B的距離是相等的，所以兩束光將同時到達(dá)A和B。但是，站在地面上靜止的Bob怎么看待這個問題呢？

對Bob來說，左右兩束光的速度仍然都是c，這是相對論的假設(shè)，無論光源是在運動與否都沒有關(guān)系。但是，火車卻是運動的。因而，A點是對著光線迎過去，B點則是背著光線逃走。所以光線到達(dá)A的事件應(yīng)該先發(fā)生，到達(dá)B的事件應(yīng)該后發(fā)生。也就是說，Alice認(rèn)為是同時發(fā)生的兩個事件，Bob卻認(rèn)為不同時。

剛才所述的相對論中對同時性的檢驗，是用光信號的傳遞來進(jìn)行的。這是因為光在狹義相對論中具有獨特的地位。根據(jù)狹義相對論的假設(shè)，真空中的光速對任何參考系，在任何方向測量都是一樣的數(shù)值。在由此而建立的狹義相對論中，任何物體的速度都不可能超過光速，光是能夠完整傳遞信息和能量的最大速度。換言之，如果火車上的Alice不是點亮了一盞燈，而是向左右射出子彈的話，兩顆子彈相對于Bob的速度便不是一樣的。事實上，光可以說是一種很神秘的物質(zhì)形態(tài)，它不僅在狹義相對論中具有特殊地位，在整個物理學(xué)及其他學(xué)科中的地位也是獨一無二的。至今為止沒有發(fā)現(xiàn)任何超光速的、能夠攜帶能量或信息的現(xiàn)象。也就是說，尚未有與相對論這條假設(shè)相違背的情形。如果將來的實驗證實這條假設(shè)不對的話，愛因斯坦的理論就需要加以修改了。