相对论的缘由

UFO爱好者

玉林和亚如在明白了光速不变原理之后，姜老师说：
“假定有一个火箭，以25万千米／秒的速度匀速飞行，火箭里面正中间有一盏灯，前面坐着一个男孩，后面坐着一个女孩，他俩与灯的距离相同。你们坐在中间那盏灯的位置，并向他俩宣布，当灯点亮时，谁看到灯光就立即举手，那么，在你们看来，谁先举手呢?”
“当然是同时举手了!”玉林回答得很坚决。
“光向任何方向传播的速度不变，距离又相等，他们两人应该同时看到灯光。可是还有火箭的速度……”亚如想得很周到，周密的思考将使结论更为踏实。“火箭?大家都在火箭里，又是匀速运动，谁也感觉不到火箭的运动，所以它在这个问题中没有什么影响。”玉林的思考也非常迅速。
“对，他俩同时看到灯光。”姜老师说的时候加重了同时二字，“注意，现在你们离开灯了，站到火箭外面去了。当你们在火箭以外的一个地方，去看火箭中发生的事情，在灯点亮时，他俩还是同时举手吗?”
“同时，”还是玉林抢先回答，“光速不变，两人位置不变，当然是同时看到、同时举手啦!”
“不，老师问的是站在火箭以外去看火箭内的情况。我想应该注意‘光速对任何人都是不变的’这条规律。火箭向前飞，就使坐在后面的女孩向灯刚发光时的位置靠近了，距离变小了，光传播到她眼里的时间也应该缩短，这样看来，我们将会看到后面的女孩先举手。”亚如慢慢地说了一番推论。
“亚如说得对，”玉林受到启发，也想通了，“坐在前面的男孩被火箭带着向前走，他远离了灯刚发光时的位置，距离变大。光传播到他眼中的时间也延长，所以他举手晚。”
“你俩的意见一致，都是说飞船里前后两人不同时看到灯光。”姜老师说时加重了“不同时”三字，“那么，他俩看见灯光到底是同时还是不同时呢?”
“应该同时，怎么又不同时了?”玉林抢着说，可是得不出结论来了。
“到底是怎么回事呢？”亚如也觉得好像自相矛盾。
姜老师说：“以前我们已经知道，对观察者来说，物体的空间位置其实是相对的。比如，你坐在行驶的汽车上，车内的观察者说你是静止的，位置不变，车外的观察者说你是运动的，位置随汽车而变。现在我们又看到，对观察者来说，时间也是相对的。火箭内的观察者说女孩男孩同时看到灯光，火箭外的观察者说女孩男孩不同时看到灯光。所以当你说‘甲乙两个事件是同时的’，它一定是在某个条件下才同时，而在另一条件下又不一定同时。无条件地说’同时’，是毫无意义的。”
“总之，对于观察者来说，空间、时间都具有相对性，这也是爱因斯坦的理论被定名为’相对论’的原因。”
听了姜老师的讲解，他俩才明白了其中的道理。
【知识小博士】
相对论是关于时空和引力的基本理论，主要由爱因斯坦创立，分为狭义相对论（特殊相对论）和广义相对论（一般相对论）。相对论的基本假设是光速不变原理、相对性原理和等效原理。相对论和量子力学是现代物理学的两大基本支柱。
【眼界扩展】
狭义相对论是牛顿提出的，狭义相对论认为空间和时间并不相互独立，而是一个统一的四维时空整体，并不存在绝对的空间和时间。在狭义相对论中，整个时空仍然是平直的、各向同性的和各点同性的，这是一种对应于“全局惯性系”的理想状况。