9．同時性的相對性
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到目前為止，我們的論述一直是參照我們稱之為&ldquo鐵路路基&rdquo的一個特定的參考物體來進行的，假設有一列很長的火車，以恒速ｖ沿着圖１所标明的方向在軌道上行駛。在這列火車上旅行的人們可以很方便地把火車當作剛性參考物體（坐标系）：他們參照火車來觀察一切事件。因而，在鐵路線上發生的每一個事件也在火車上某一特定的地點發生，而且完全和相對于路基所作的同時性定義一樣，我們也能夠相對于火車作出同時性的定義。但是，作為一個自然的推論，下述問題就随之産生：
對于鐵路路基來說是同時的兩個事件（例如Ａ、Ｂ兩處雷擊），對于火車來說是否也是同時的呢，我們将直接證明，回答必然是否定的。
當我們說Ａ、Ｂ兩處雷擊相對于路基頁言是同時的，我們的意思是：在發生閃電的Ａ處和Ｂ處所發出的光，在路基Ａ&rarrＢ這段距離的中點Ｍ相遇。但是事件Ａ和Ｂ也對應于火車上的Ａ點和Ｂ點。令Ｍ&rsquo為在行駛中的火車上Ａ&rarrＢ這段距離的中點。正當雷電閃光發生的時候，點Ｍ&rsquo自然與Ｍ重合，但是點Ｍ&rsquo以火車的速度ｖ向圖中的右方移動。如果坐在火車上Ｍ&rsquo處的一個觀察者并不具有這個速度，那麼他就總是停留在Ｍ點，雷電閃光Ａ和Ｂ所發出的光就同時到達他這裡，也就是說正好在他所在的地方相遇。可是實際上（相對于鐵路路基來考慮）之個觀察者正在朝着來自Ｂ的光線急速行進，同時他又是在來自Ａ的光線的前方向前行進。因此這個觀察者将先看見自Ｂ發出的光線，後看見自Ａ發出的光線。所以，把列車當作參考物體的觀察者就必然得出這樣的結論，即雷電閃光Ｂ先于雷電閃光Ａ發生。這樣我們就得出以下的重要結果：
對于路基是同時的若幹事件，對于火車并不是同時的，反之亦然（同時性的相對性）。每一個參考物體（坐标系）都有它本身的特殊的時間；除非我們講出關于時間的陳述是相對于哪一個參考物體的，否則關于一個事件的時間的陳述就沒有意義。
在相對論創立以前，在物理學中一直存在着一個隐含的假定，即時間的陳述具有絕對的意義，亦即時間的陳述與參考物體的運動狀态無關。但是我們剛才看到，這個假定與最自然的同時性定義是不相容的；如果我們抛棄這個假定，那麼真空中光的傳播定律與相對性原理之間的抵觸（詳見第７節）就消失了。
這個抵觸是根據第６節的論述推論出來的，這些論點現在已經站不住腳了。在該節我們曾得出這樣的結論：在車廂裡的人如果相對于車廂每秒走距離ｗ，那麼在每一秒鐘的時間裡他相對于路基也走了相同的一段距離。但是，按照以上論述，相對于車廂發生一特定事件的需要的時間，決不能認為就等于從路基（作為參考物體）上判斷的發生同一事件所需要的時間。因此我們不能硬說在車廂裡走動的人相對于鐵路線走距離ｗ所需的時間從路基上判斷也等于一秒鐘。
此外，第６節的論述還基于另一個假定。按照嚴格的探讨看來，這個假定是任意的，雖然在相對論創立以前人們一直在物理學中隐藏着這個假定。
對于鐵路路基來說是同時的兩個事件（例如Ａ、Ｂ兩處雷擊），對于火車來說是否也是同時的呢，我們将直接證明，回答必然是否定的。
當我們說Ａ、Ｂ兩處雷擊相對于路基頁言是同時的，我們的意思是：在發生閃電的Ａ處和Ｂ處所發出的光，在路基Ａ&rarrＢ這段距離的中點Ｍ相遇。但是事件Ａ和Ｂ也對應于火車上的Ａ點和Ｂ點。令Ｍ&rsquo為在行駛中的火車上Ａ&rarrＢ這段距離的中點。正當雷電閃光發生的時候，點Ｍ&rsquo自然與Ｍ重合，但是點Ｍ&rsquo以火車的速度ｖ向圖中的右方移動。如果坐在火車上Ｍ&rsquo處的一個觀察者并不具有這個速度，那麼他就總是停留在Ｍ點，雷電閃光Ａ和Ｂ所發出的光就同時到達他這裡，也就是說正好在他所在的地方相遇。可是實際上（相對于鐵路路基來考慮）之個觀察者正在朝着來自Ｂ的光線急速行進，同時他又是在來自Ａ的光線的前方向前行進。因此這個觀察者将先看見自Ｂ發出的光線，後看見自Ａ發出的光線。所以，把列車當作參考物體的觀察者就必然得出這樣的結論，即雷電閃光Ｂ先于雷電閃光Ａ發生。這樣我們就得出以下的重要結果：
對于路基是同時的若幹事件，對于火車并不是同時的，反之亦然（同時性的相對性）。每一個參考物體（坐标系）都有它本身的特殊的時間；除非我們講出關于時間的陳述是相對于哪一個參考物體的，否則關于一個事件的時間的陳述就沒有意義。
在相對論創立以前，在物理學中一直存在着一個隐含的假定，即時間的陳述具有絕對的意義，亦即時間的陳述與參考物體的運動狀态無關。但是我們剛才看到，這個假定與最自然的同時性定義是不相容的；如果我們抛棄這個假定，那麼真空中光的傳播定律與相對性原理之間的抵觸（詳見第７節）就消失了。
這個抵觸是根據第６節的論述推論出來的，這些論點現在已經站不住腳了。在該節我們曾得出這樣的結論：在車廂裡的人如果相對于車廂每秒走距離ｗ，那麼在每一秒鐘的時間裡他相對于路基也走了相同的一段距離。但是，按照以上論述，相對于車廂發生一特定事件的需要的時間，決不能認為就等于從路基（作為參考物體）上判斷的發生同一事件所需要的時間。因此我們不能硬說在車廂裡走動的人相對于鐵路線走距離ｗ所需的時間從路基上判斷也等于一秒鐘。
此外，第６節的論述還基于另一個假定。按照嚴格的探讨看來，這個假定是任意的，雖然在相對論創立以前人們一直在物理學中隐藏着這個假定。