大家都知道的故事是这样的:
在铁路的路基上,雷电同时击中了相隔很远的A点和B点,如果我问你,这句话有没有意义时,你一定会不假思索地回答我说“有”。但是如果我让你解释一下这句话的准确意义时,你在经过一番思考后会发现这个问题貌似不像原来想象的那么容易回答。你很可能会这么回答我:“这句话的意思本来就很清楚,没有必要加以解释。”但这么回答,显然是无法让我感到满意的。那么我们这么想,如果有一个气象学家宣称他发现某种闪电总是能同时击中A点和B点,这时候总要提出一种实验的方法来验证他所说的对不对吧?对于严谨的物理学家来说,首先要给出一个同时性的定义,然后还得有实验方法能验证该定义是否能被满足,如果这两个条件没有达成的话,那么那个气象学家就是在自欺欺人了。好了,经过一段时间的思考后,你提出了一个检验同时性的方法,你说请把我放到铁路上A,B两点正中间的位置,然后通过一套镜子的组合能让我同时看到A,B两个点,如果闪电发生的时候,我能在同一时刻感觉到闪光,那么这两道闪电必定是同时击中了A,B两点,于是你提出同时性的定义就是一个人能在同一时刻感受到闪电的闪光。我很高兴你能提出这个定义,当然这个定义的前提还得加上你在A,B两点的中点上。
好了,接下去我们考察一下这种情况:有一列火车在路基上开动着,此时,突然有两束闪电击中A,B两点。现在,你在A,B两点的中间同时看到了闪光,所以,你会毫不犹豫地认为这两束闪电是同时发生的。但是,如果在闪电发生的那个瞬间,在A,B的中点的火车上也有一个人,火车一直在朝着B点方向运动,因为光速是恒定不变的,所以你站在地面上,会认为B点的闪光比A点的闪光先到达这个人的眼里。于是就出现了这样一种奇怪的结论:你认为这束闪电以路基为参考系时是同时发生的,但是以火车为参考系时,对于火车上那个人来说却是先后发生的。
这是怎么回事呢?这说明了同时性也是相对的,当以路基为参考系时是同时发生的事情,但换成了以火车为参考系时,却不是同时发生的了,反过来也是如此。每一个参考系都有自己的特殊时间,如果不指明参考系,宣称一件事情同时发生是没有任何意义的。这乍听起来似乎很荒谬,在我之前的物理学家一直都在给时间赋予绝对的意义,而我认为这种绝对的意义与我们前面讲的那个最自然的同时性定义并不相容,如果我们能坦然地抛弃我们对时间的绝对化的概念,则真空中光速恒定不变就会变得可以理解和接受。
不知道各位读者是否听明白了爱因斯坦关于闪电击中铁轨的这个故事,不管你现在是不是如坠云里雾里,一会儿在想那个环球快车,一会儿又在思考这个闪电的问题,总之爱因斯坦是在告诉我们这样的一个概念:只要当你抛弃绝对时间这个概念之后,一切都会变得很好理解。或许你已经对火车感到厌烦了,但请原谅我们的爱因斯坦先生,在他那个时代火车已经是地球上跑得最快的东西了。我们这就举一个现代点的例子让你试图抛弃根深蒂固的绝对时间的想法。
比如说,你坐着一艘飞船以接近光速的速度向宇宙深处飞去,在出发的时候地面上有一束光跟你同时出发。此时,在地面上观看飞船发射的亲人会看到,你和那束光齐头并进,几乎不分前后地朝着宇宙深处进发。而视角切换到你身上,你会看到什么呢?你依然会看到身边这束和你同时发出的光瞬间就远离你而去,远离你的速度仍然是光速C。如果你对这幅景象仍然百思不得其解的话,那说明,时间的绝对化概念在你的脑子中仍然根深蒂固,牢牢占据着你的思维常识,你刚刚觉得自己有所理解了,可想着想着又想不通了,因为绝对时间的概念又再次回到了你的脑袋中。就像前面这个例子,如果你能意识到你在飞船上感受的时间和你在地面上的亲人感受的时间是不同的,你的一秒钟相当于他们的一小时,你就不难理解为什么你仍然看到那束光瞬间远离你而去,因为你所感觉到的快,就是在1秒钟内,那束光就跑得很远很远了,这就叫快,而对于地面上的人来说,他们看到那束光用了1个小时才拉开和你的距离。我知道,即便是我这样说,依然仍然很难打消你对时间的绝对化概念,下面我将继续用一个直观的思维实验来帮助你理解时间是相对的概念,并且我们将从这个思维实验中亲手推导出流芳千古的“相对论因子”,准备好了吗?这就开始我们的头脑风暴。