狭义相对论同时性的一个疑惑 如果一艘飞船以速度v相对于某一惯性系匀速直线飞行，在飞船中点有一激光点
我们先抛开你的问题来看一个例子，假如一列火车从北京开往深圳，在发车的同时一个通信号以火车相同的速度出发去深圳报信。当他到达深圳，告诉深圳火车出发了的同时火车也到达了，这时候是不是可以认为火车的速度是无穷大？在出发的同时就到达深圳了？
我们在计算以光作为信息媒介的时候，计算事件的实际发生时间时，为什么要把光到达的时刻算做光出发的时刻呢？这是很多人特别容易陷进去的一个逻辑混乱点。由于光的传播速度引起和测量时间差，通常叫做光程差，这不是相对论的研究内容，而是加利略变换中需要考虑的测量误差因素。
为了说明这个问题我们有必要先看一下洛伦兹变换的推导：
图中的A是一个相对O以速度v运动的系统。在A运动到与O重合的时刻，一光子由A射向B，B是A系统上的一点，与A在同一时空。
在A看，光子的路径是ct'，在O看光子的路径是ct，同时A在t时间内从O点移到了A点，经过了vt的距离。
三者的关系是：(ct')²＋(vt)²＝(ct)².
经过简单的等式变换就得到：t'＝t√(1－v²/c²)，t＝t'/√(1－v²/c²)。这就是两个空间的时间换算关系。
从推导中我们看到，假设的前提是，A系统在经过O点时发出光子这个事件不论在A上看还是在O上看，两个是同时的事件，当光子到达B点时的时刻，这一事件不论在A看还是在O看也是同时的，这里并没有把光从B传播到O用的时间计算进去，也没有把光从B传播到A的时间计算进去，而是把光传播用的时间去除后的净时间进行对比和换算。这样才有了洛伦兹变换，没有同时性的存在，也就没有了洛伦兹变换，更不用说相对论的了。所谓同时的相对性或不同时，是指在不同的惯性系上，相同的时间数值代表的时间不相同，同时的事件在不同系统上看到的时刻不同。
就像一把以市尺为单位的尺子和一把以米为单位的尺子，3尺对应的一定不是3米，但是一定对应一个与3相同长度的刻度，比如1米。那么1和3的数值肯定不同，但是长度却是一样的。我们可以把t'和t理解为两个不同的时间单位。就像英国人说的一尺和我们说的一尺长度不同是相同的道理。
相对论本身就是以同时性为前提的，怎么可能说相对论否认了同时性的存在呢？所以这是一个对相对论的理解误区。
正确的结论是去掉光在两个人距离之间传播产生的光程差后，在参照系上看到的也是两个人同时点着烟。没有不同时的问题，也无法解答为什么不同时，只能证明是同时的。
看到的不同时是光程差造成的，就像开始我们说的那个传递火车出发信息的人用掉的时间一样。用火车到达时间和出发时间丙减掉那个人递信息用掉的时间才是火车真正的出发时间。不能以收到出发信息的时间当作火车出发时间。
那么再问一句，如果忽略光传播到观察者的时间，那么对于整个惯性系而言，光与飞船前端的人同向而行，与后端的人相向而行，这句话是否成立？如果不成立，又是为什么？
这句话不成立，在相对论中，没有什么“同向”或“相向”而行的问题。
同向或相向的概念是绝对运动理论中的概念，即相对以太而言的运动。而在相对论中不存在以太这种绝对静止的参照物。
设想一下，在茫茫宇宙中只有一个物体，谁能说这个物体在以什么速度运动？
其实宇宙中如果就只有这一个物体，它就不存在运动的概念，因为没有参照物。换个角度来说，如果宇宙中只有这么一个物体，那这个物体就是宇宙的全部，它相对自己一定是静止的。从它上面发出的光，无论朝向任何方向，速度都是一样的，它接收到的外界的光，也同样无论任何方向都是同样的速度。能说是它与光同向而行还是相向而行吗？
假如宇宙中有两个物体，那么虽然两个物体之间有相对运动了，但凭什么说它们是相向运动或同向运动呢？所谓的“相向”运动与“同向”运动有区别吗？它们只有距离的变化，它们之间的相对速度就是相对距离的变化率。不存在相向与同向的问题。
从另一个角度来说，假如宇宙中有两个物体，那任何一个物体都可以无视另一物体的存在而认为自己是静止的。同样的，任何物体都不存在与光同向或相向而行的问题。这就是光速不变原理。
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2024-11-04 广告
