狭义相对论，颠覆时空观念(3)

根据牛顿物理理论，你在一列行驶的火车上看到的迎面射来的一束光的速度，应该是光速与火车行驶的速度之和。但根据爱因斯坦的第二条假设，光速是不变的。这就有问题了。如果光速总保持不变，那么，你在行驶的火车上时一束向你射来的光的速度，与你静静地站在地面上时向你射来的光的速度是一样的。这与你的直觉相悖，但光速的确是不变的，而且，在狭义相对论里，速度不像在牛顿物理中那样只是简单地相加，相反，速度的相加需要遵循由爱因斯坦假设所得

出的相对论公式。

狭义相对论的许多含义并不符合我们习惯的时间和空间观念。狭义相对论与以前牛顿力学对时间和空间的看法是不同的，正因如此，才产生了许多有悖于习惯直觉的结果。时空的测量取决于速度，而且在相对于彼此运动的系统里融合在一起。但是，尽管它们让人惊讶，可你一旦接受了这两个假设，那么不同的时空观念就是其必然结果。

我们来看为什么会这样：假设有两只相同的船有着相同的桅杆，一只船停泊在岸边，另一只正在驶离。再假设两只船的船长在第一只船启航时已对好了表。

现在假设两位船长要做一件非常奇怪的事：两人同时决定在他们各自的船上测量时间。他们在船的桅杆顶部和底部各放置一面镜子，然后将光由底部的镜子照向顶部的镜子，以此测量光在两面镜子之间往返的次数。当然，从现实角度来讲，这确实有点荒谬，因为光往返的频率实在太快了，根本无法计量。但是，请耐住性子，就让我们假设两位船长计数非常之快，我要用这个有点缺乏真实性的例子来说明时间在行驶的船上被拉长了。

如果两位船长都知道光往返一次要花多少时间，那么，用光往返一次的时间乘以光在两面镜子之间往返的次数，就能算出时间的长度。但是，现在假设停泊船只的船长不用他自己静止的镜子钟，而是以行驶船只上光在桅杆两端镜子之间往返的次数来测量时间，一切就不同了。

从行驶船只的船长的角度来看，光只是上下穿梭;而从停泊的船只船长的角度来看，光就必须旅行得更远一些（才能走完行駛船只走过的距离，见下图）。但光速是不变的——这正是有悖于直觉习惯的地方，无论是射向停泊船只的桅杆顶部，还是射向行驶船只的桅杆顶部，光速都是一样的。那么，行驶的镜子钟则必须“嘀嗒”得慢一些，以此来弥补行驶船只上光旅行的更长的距离。