为了弄清这个问题,让我们假定,这位旅客在车上点起一只火把,放置在车厢地板上。火把发出的光束很快到达车厢顶壁。在车厢顶壁与火把垂直处,有一面镜子,镜子又将光束发射回到火把上。这时旅客看到光束往返的路线是垂直的。但是,月台上的人看到的情景却很不相同。月台上的观察者看到,在光束从火把到达镜子的过程中,由于火车的运动,光线的传播路线是向后倾斜的。在这一过程中,光束经过的路线是一个等腰三角形的两腰长的和。
通过这一事实使我们发现,月台上的人看到光束在这一过程中传播的距离是一个等腰三角形的两腰之和。而火车上的人看到光束传播的距离则仅仅等于这个三角形高的二倍。显然,前者的长度大于后者。另一方面,我们知道,光数是一中绝对速度。对于火车上的人和月台上的人来说,光速当然都是相同的。于是我们就得出结论:从月台来看,光从射出到返回所经过的时间要比从火车上看经过的时间长。
自相矛盾的钟表
从上面的事实我们很容易计算出这样的结果:从车站上经过了10秒钟,而火车上看仅仅经过了6秒钟。这就是说,根据车站的钟表,如果火车运行一小时到达另一车站,那么按照乘车人的手表,火车仅仅运行了36分钟。换句话说,乘车人的手表要比车站上的钟表每小时慢24分钟。
显而易见,这列火车的速度越快,时间滞差就越大。如果将火车的速度提高到接近光速,那么车站上一小时的时间,在火车上的速度就能减小到极小。
由此我们得出结论:一切运行中的钟表比静止的钟表要慢。这是否与我们提出问题所依据的相对论相矛盾呢?这是否意味着最快的钟表就是处于绝对静止状态的呢?
不是。情况并不如此。因为火车上的钟表和车站上的钟表的快慢,是在完全不同的条件下进行比较的。实际上,这里有三个钟表,而不是两个。这位旅客是根据两个不同车站上的两个不同的钟表来校对他的手表的。相反,如果在这列火车的前后车厢都有一只钟表,当火车飞驰之际,旅客将车站钟表同前后车厢的两只钟表对照时,他就会发现车站钟表所表示的时间,总是落在后面。假定这列火车相对于车站作匀速直线运动,那么,就可以认为火车是静止的,而车站是运动的。自然界的规律对于他们来说都是相同的。
当一个观察者相对于它的手表处于静止状态时,他就会发现下列事实:相对于他处于运动状态的钟表,总是比他自己的表快;而且这些运动中的钟表运动的速度越快,它们所表示的时间就越快。
这一现象和下面的实例是一个道理:两个站在两根不同电线杆旁边的观察者,都从各自所处的位置来断定他们各自观察电线杆的角度要比对方的观察角度大。
我们来讨论空间。我们就已经发现空间是相对的,然而,我们仍然认为体积是物体的属性。物体的这一属性是不以观察它的参照系而转移的。但是,相对论又使我们放弃这一信念。就象由于我们接触的速度总比光速小得多,因而产生了认为时间是绝对的这一偏见一样。
我们设想,那列爱因斯坦火车现在要通过一个2400000公里长的车站月台。火车从月台一端到达另一端,按车站钟表需要10秒。但是按火车上乘客的手表,火车通过月台则只需6秒。所以乘客完全有理由得出这样的结论:月台不是2400000公里长,而是240000X6=1440000公里长。
这里我们看到,从相对于月台处于静止的参照系来看,月台较长;而从相对于月台处于运动状态的参照系来看,则月台较短。由此可知,一切运动中的物体,沿运动方向而收缩。
但是这种收缩根本没有证明运动是绝对的:一旦我们从相对于一个物体处于静止的参照系来观察该物体时,这一物体就有其真实的体积。同样,火车上的乘客会发现月台收缩了,而在月台上的人则会认为这列爱因斯坦火车变短了。这种现象也并不是一种光幻觉。用任何测长仪器来测量,都会得到同样的结果。
通过这一事实使我们发现,月台上的人看到光束在这一过程中传播的距离是一个等腰三角形的两腰之和。而火车上的人看到光束传播的距离则仅仅等于这个三角形高的二倍。显然,前者的长度大于后者。另一方面,我们知道,光数是一中绝对速度。对于火车上的人和月台上的人来说,光速当然都是相同的。于是我们就得出结论:从月台来看,光从射出到返回所经过的时间要比从火车上看经过的时间长。
自相矛盾的钟表
从上面的事实我们很容易计算出这样的结果:从车站上经过了10秒钟,而火车上看仅仅经过了6秒钟。这就是说,根据车站的钟表,如果火车运行一小时到达另一车站,那么按照乘车人的手表,火车仅仅运行了36分钟。换句话说,乘车人的手表要比车站上的钟表每小时慢24分钟。
显而易见,这列火车的速度越快,时间滞差就越大。如果将火车的速度提高到接近光速,那么车站上一小时的时间,在火车上的速度就能减小到极小。
由此我们得出结论:一切运行中的钟表比静止的钟表要慢。这是否与我们提出问题所依据的相对论相矛盾呢?这是否意味着最快的钟表就是处于绝对静止状态的呢?
不是。情况并不如此。因为火车上的钟表和车站上的钟表的快慢,是在完全不同的条件下进行比较的。实际上,这里有三个钟表,而不是两个。这位旅客是根据两个不同车站上的两个不同的钟表来校对他的手表的。相反,如果在这列火车的前后车厢都有一只钟表,当火车飞驰之际,旅客将车站钟表同前后车厢的两只钟表对照时,他就会发现车站钟表所表示的时间,总是落在后面。假定这列火车相对于车站作匀速直线运动,那么,就可以认为火车是静止的,而车站是运动的。自然界的规律对于他们来说都是相同的。
当一个观察者相对于它的手表处于静止状态时,他就会发现下列事实:相对于他处于运动状态的钟表,总是比他自己的表快;而且这些运动中的钟表运动的速度越快,它们所表示的时间就越快。
这一现象和下面的实例是一个道理:两个站在两根不同电线杆旁边的观察者,都从各自所处的位置来断定他们各自观察电线杆的角度要比对方的观察角度大。
我们来讨论空间。我们就已经发现空间是相对的,然而,我们仍然认为体积是物体的属性。物体的这一属性是不以观察它的参照系而转移的。但是,相对论又使我们放弃这一信念。就象由于我们接触的速度总比光速小得多,因而产生了认为时间是绝对的这一偏见一样。
我们设想,那列爱因斯坦火车现在要通过一个2400000公里长的车站月台。火车从月台一端到达另一端,按车站钟表需要10秒。但是按火车上乘客的手表,火车通过月台则只需6秒。所以乘客完全有理由得出这样的结论:月台不是2400000公里长,而是240000X6=1440000公里长。
这里我们看到,从相对于月台处于静止的参照系来看,月台较长;而从相对于月台处于运动状态的参照系来看,则月台较短。由此可知,一切运动中的物体,沿运动方向而收缩。
但是这种收缩根本没有证明运动是绝对的:一旦我们从相对于一个物体处于静止的参照系来观察该物体时,这一物体就有其真实的体积。同样,火车上的乘客会发现月台收缩了,而在月台上的人则会认为这列爱因斯坦火车变短了。这种现象也并不是一种光幻觉。用任何测长仪器来测量,都会得到同样的结果。