相對論誕生一百多年了，早已經(jīng)被科學界認可。雖然如此，直到一百多年后的今天，仍舊有不少人對相對論抱有懷疑的態(tài)度，時刻想質疑相對論。

其實這也很正常，相對論本來就是在兩個假設的基礎上推導出來的，這兩大假設分別是：狹義相對論原理和光速不變原理。不相信以假設為基礎推導出來的理論也很正常，但相信了解之后你會發(fā)現(xiàn)，其實任何科學理論都是在假設的基礎上推導出來的，這里的假設其實可以認為就是公理。

還有一點，那就是“相對論非常違反我們的直覺”，完全顛覆了我們的傳統(tǒng)時空觀，所以不少人不太愿意接受相對論。雖然明明知道相對論的誕生過程也沒什么毛病，但總是本能地不愿意接受。

還有很多人認為相對論很難，網(wǎng)絡上一度流傳著“全世界理解相對論的人不超過三個”之類的觀點。當然，如果想深入了解相對論的點點滴滴，確實有點難度，但也絕不會只有三個人理解相對論。

而作為普通的吃瓜群眾，沒有必要如此深入地了解相對論，畢竟我們也不是科學家，不是專業(yè)人士。作為普通的科普推廣者，很忌諱的一點就是堆砌大量的專業(yè)術語和高深的數(shù)學公式，雖然具有很強的嚴謹性，但失去了更重要的東西，那就是“通俗”。

對于科普來講，很多時候通俗比專業(yè)更重要，因為科普的目的并不是傳授專業(yè)知識，而是讓普通人在基礎層面了解一個理論。

下面我就盡量用通俗的語言來詮釋狹義相對論，其實也很簡單，只需要明白何為“同時的相對性”就可以了，明白了“同時的相對性”，你就會發(fā)現(xiàn)狹義相對原來這么簡單啊！

何為“同時的相對性”？簡單來講就是，在一個慣性系里看到同時發(fā)生的兩件事，在另一個慣性系并不是同時發(fā)生的。

何為慣性系？也就是慣性參照系，符合牛頓運動定律的參照系，學過初中物理的應該都明白。通俗來講就是靜止或者勻速直線運動的參照系。

可以通過一個非常著名的思想實驗來了解到底何為“同時的相對性”，這個思想實驗就是“雷擊火車實驗”。

在講述這個思想實驗之前，很有必要約定與之有關的其他概念。

第一，光速不變。這個在之前的科普文里強調很多遍了，這里的“光速不變”并不是指“光在真空中的速度為每秒30萬公里”，而是指“真空中的光速在所有慣性系都中保持不變”。什么意思呢？

舉個例子，假設你駕駛一輛小汽車，以0.8倍光速飛速行駛，我靜止在地面上，在我們兩人眼里，車燈發(fā)出的光的速度都是一樣的，都是光速。也就是說，速度通常都是相對的，但光速是絕對的。

第二，何為“同時”？這個看起來很簡單的概念，其實并不簡單，如果理解不好，很容易對之后的講解產(chǎn)生誤解，甚至走進自己設定的“圈套”里一直走不出來。

“同時性”是用光來定義的，在某個慣性系中，如果不同的兩個事件發(fā)出的光同時到達兩個事件的中點，那么這兩個事件就是同時發(fā)生的。這就是同時性。

第三，理解了“同時”的概念還不算完，最關鍵的是明白如何判斷同時是不是相對的。其實也很簡單，但正因為簡單，所以很容易被忽略。其實判斷的標準之前已經(jīng)說了，這里再強調一遍。如果兩個事件在某個慣性系里同時發(fā)生，而在另一個慣性系里也同時發(fā)生，那么同時就是絕對的。如果另一個慣性系不是同時發(fā)生的，同時就是相對的。

這里很有必要再強調一下。判斷的標準關鍵在于兩個事件的發(fā)生時間，而不是你接收到光的時間。即使你接收到兩個事件的光的時間不一樣，也并不能說明“同時就是相對的”，也有可能這兩個事件是同時發(fā)生的，但是兩個事件發(fā)出的光飛行的時間和距離不同，造成了你在兩個不同的時間點接收到兩個事件的光！

看起來是不是有些繞嘴，像繞口令一樣？

確實有點像繞口令，但我還是要強調再強調。這需要我們靜下心來仔細品味，才能有所感觸。不過暫時不理解不要接，接下來我會詳細具體分析，從剛才所說的思想實驗開始說起。

你在一列火車的正中央，火車以亞光速勻速行駛，我靜止在地面上。在某一個時刻，兩道閃電同時擊中了車頭和車尾，這兩棵樹與你的距離是相同的，與我的距離也是相同的。當然，這里的“同時”是以地面為參照系的，也就是對于我來講，“閃電擊中一棵樹和另一棵樹”這兩件事是同時發(fā)生的。

如今需要證明的是，對于火車里的你來講，這兩件事并不是同時發(fā)生的。

首先，如果火車并沒有動，處于靜止狀態(tài)，當然你和我看到的會是一樣的，都會看到閃電同時擊中了兩棵樹。你肯定會同時收到從車頭和車尾飛過來的光，這點應該沒有什么疑問。

如今，你乘坐的火車是運動的，但是光速是有限的。這就意味著光傳到你那里肯定需要時間，不管這個時間有多短，火車也必定會行駛一段距離。

于是，站在火車正中央的你，肯定會先看到從車頭飛來的光，緊接著看到從車尾飛來的光。

現(xiàn)在，仔細想想，上面得出的結論有涉及光速不變原理嗎？

并沒有！只要光速不是無限的，有限的光速肯定會發(fā)生上面的現(xiàn)象，肯定會先看到從車頭飛來的光，這與光速不變沒有任何關系。

關于這點，無論是相對論還是牛頓經(jīng)典力學都是一樣的，因為兩者都承認光速是有限的。

那么，既然如此，既然你先接收到從車頭飛來的光，然后才接收到從車尾飛來的光，是不是就意味著同時是相對的呢？從而得出同時的相對性這個結論呢？

當然不是！

之前我反復強調了，判斷同時的相對性，并不在于你接收到光的時間先后，而是兩個事件的發(fā)生時間是否一致。

接收到來自兩個事件的光的時間是否一致，與兩個事件是否同時發(fā)生并沒有直接關系。同時接收到兩個事件發(fā)出的光，并不意味著兩件事一定同時發(fā)生。

從相對論角度來講是這樣的。

以火車為參照系，無論是光從車頭飛向你還是從車尾飛向你，兩者的距離是一樣的。這時候再根據(jù)光速不變原理，光速也是不變的，那么兩束光飛到你那里所花費的時間當然也是一樣的。

但是你明明是先看到車頭飛來的光，后看到車尾飛來的光，這意味著什么？意味著車頭和車尾飛來的光根本不是同時發(fā)出來的。

也就是說，對于你所在的火車參照系而言，雷電并沒有同時擊中兩棵樹。這就是同時的相對性。地面上的我認為閃電同時擊中了兩棵樹，但你并不這樣認為。

如果你不仔細思考整個過程，會感覺邏輯上理解起來很困難。所以，需要靜下心來細細品味。

以上是用愛因斯坦的相對論來詮釋的，那么牛頓經(jīng)典力學是如何詮釋的呢？

由于牛頓經(jīng)典力學是建立在絕對時空觀基礎上的，光速并不是絕對的，所以按照牛頓經(jīng)典力學詮釋，火車上的你和地面上的我看到的是一樣的，都會認為閃電會同時擊中那兩棵樹。也就是說，牛頓力學體系下，同時是絕對的。

但是，肯定還會有人質疑：你之前不是說即便是在牛頓力學體系下，火車上的人仍然會先看到車頭的光，而后看到車尾的光嗎？這不正好說明了同時的相對性嗎？

如此一來，牛頓力學得出的結論看起來和愛因斯坦的相對論得出的結論，就完全一樣了，實驗本身就沒有意義了。

這里再強調一下，所謂的“同時”，判斷的依據(jù)是兩件事同時發(fā)生，而不是兩件事發(fā)出的光同時到達某個參照系。

在牛頓力學體系下，光速是可變的，與其他速度一樣，會與其他速度發(fā)生疊加效果。于是，對于火車上的你來講，車頭飛過來的光的速度就不再是光速C，而是光速加上火車的速度，也就是C+V，這里的V代表火車速度。同理，從車尾飛過來的光的速度也不是光速，而是C-V。

這個應該很好理解，實際上這就是我們平時經(jīng)常用到的速度疊加計算。在牛頓力學體系里，光一點也不特殊，光就像一連串密密麻麻的子彈一樣。試想一下，如果一發(fā)子彈從車尾飛向你，在你看來，子彈的速度肯定是變慢了。如果子彈的速度正好等于火車速度，在你看來子彈就是靜止的，你甚至可以輕松抓住子彈。

也就說，在牛頓力學體系下，光從車頭和車尾飛向你的過程中，飛行的距離是相等的，都是半個火車車廂的距離。但是由于車頭飛來的光的速度更快，而車尾飛來的光的速度更慢，因此假如這兩束光是同時發(fā)射出來的，那么你一定會先接收到從車頭飛來的光，后接收到從車尾飛來的光。

但是考慮到火車速度與光的速度的疊加效應，正好能得出這樣的結論：光是同時發(fā)出來的。這與靜止在地面上的我看到的是一樣的，也恰好說明了同時的絕對性。

總結

無論是牛頓力學體系，還是愛因斯坦的相對論，都會認為地面上的兩件事是同時發(fā)生的，也都會認為火車上的你會先看到車頭飛來的光，后看到車尾飛來的光。

不同的是，牛頓力學體系和相對論對上述現(xiàn)象的解釋不同而已。

按照愛因斯坦的狹義相對論，先看到車頭飛來的光，后看到車尾飛來的光，這種現(xiàn)象直接就證明了同時的相對性。畢竟光速是一樣的，距離也一樣，意味著傳播時間當然也是一樣的。既然接收到光的時間點不一樣，那么必然就表明光發(fā)出的時間肯定有先后，并不是同時發(fā)出來的。

而在牛頓力學體系下，光飛行的距離一樣，但是光的速度不一樣，當然也會造成火車上的你不會同時接收到車頭和車尾的光。牛頓力學體系給出的結論就是：兩束光就是同時發(fā)出來的。這樣的結論當然也沒毛病，小學數(shù)學水平就能解釋。

這也是牛頓經(jīng)典力學與愛因斯坦相對論的最大區(qū)別，前者認為同時是絕對的，無論是地面上的我，還是火車上的你，只要你和我其中一人看到兩件事同時發(fā)生，那么另外一個也會看到這兩件事同時發(fā)生。

但是相對論體系下，并不是這樣的。某個參照系下同時發(fā)生的兩件事，在其他參照系就不會同時發(fā)生。這就是同時的相對性。

說白了，相對論認為，光速不變才是導致接收到車頭和車尾的光有先后的原因，然后推導出車頭和車尾的光的發(fā)出時間不同。而牛頓經(jīng)典力學認為，之所以接收的時間不同，是因為光速變大和變小造成的，而車頭和車尾飛來的光的發(fā)出時間仍舊是一致的。

那么，誰是正確的呢？顯然愛因斯坦的相對論是正確的，是更嚴謹?shù)摹ＥｎD經(jīng)典力學只是在低速世界下是“正確”的，因為當速度遠遠小于光速時，同時的相對性根本體現(xiàn)不出來。

但無論如何，牛頓經(jīng)典力學和愛因斯坦的相對論都是自洽的。自洽，說白了就是自圓其說，不能自相矛盾。從以上能夠看出，牛頓經(jīng)典力學和愛因斯坦的相對論確實能自圓其說。

只是，牛頓經(jīng)典力學只能在低速世界自圓其說，一旦來到亞光速，就會變得不再自洽。而愛因斯坦的相對論無論在低速還是亞光速世界，都是自洽的。說白了，牛頓經(jīng)典力學只是愛因斯坦相對論在低速世界的特例和近似值。

長篇大論寫了這么多，或許有些小伙伴越看越糊涂，這沒關系，看得多了自然就明白了，最主要的是要靜下心來仔細思考。其實同時的相對性完全就是以“光速不變原理”為基礎推導出來的，而愛因斯坦的狹義相對論也正以是光速不變原理為基礎前提推導出來的。

說到底，光速不變才是核心。

但很多人或許并不知道，光速不變其實只是假設，也就是說，愛因斯坦的相對論是在假設的基礎上建立起來的。

事實上，不僅僅是相對論，任何科學理論都是在假設的基礎上推導出來的，因為科學的本質就是假設！為什么？這又是另一個問題了，這里就不再詳述了，以后會有專門的科普文對其進行詳細分析！

完！

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