狭义相对论---相对性的同时性

到目前为止，我们的思考一直参照"铁路路基"这一特定参考物体来进行，我们假设有一列很长的火车，以等速度v沿下图所标明的方向在轨道上行驶。火车上的乘客把火车当作刚性参考物体（坐位置标系）来观察一切事物。因而轨道上发生的每一事件也相对于火车钟相的某一特定地点发生，与相对于路基所做的同时性定义相同，我们时的也能相对于火车作同时性的定义。但作为一个自然的推论，下面的问题就产生了：

两个事件对于铁路路基来说是同时发生的（例如A、B两处闪击），对于火车来说也是否是同时发生的呢，我们将立即做出否定

领容的证明。

A、B两处被闪电击中相对于路基而言是同时的意思是：击中A 处和B处的闪电光，在路基A-B的中点M相遇。但A和B也对应于火车上的A点和B点。令M，为行驶中的火车A-B的中点，当闪电光发生时，点M’自然与M重合，但是火车上的点M’以等速度v向右方移动。如果M’处的乘客并没有随火车移动，那么他就停留在M点，击中A和B的闪电光就同时到达他的位置，也就是说恰好在他所在的地方相遇。但是（相对于铁路路基来说）该乘客正在朝来自B的光线以等速度v行进，同时他又是在与A处发出的光线做逆行运动。因此该乘客将先看见自B处发出的光，后看见自A处发出的光。所以，以列车为参考物的乘客将会得出如下结论，即闪电光B先于闪电光A 发生。于是我们就得出以下重要结果：

对于路基是同时的事件，对于火车并不同时，反过来也是如此（同时性的相对性）。每一个参考物体（坐标系）都有自己的特殊时间，除非我们能够明确表述关于时间的相对参考物体，否则这一个事件的时间的陈述就没有任何意义。

相对论创立前，物理学中存在着时间的陈述具有绝对意义这一隐含假定，也就是时间的陈述与参考物体的运动状态无关。但是刚才的事例表明，该假定与最自然的同时性定义并不相容，如果抛弃这个假定，那么真空中光的传播定律与相对性原理之间的冲突（本部分第七节《狭义相对论---光的传播性与相对性原理的表面抵触》所述）便会消失。

这个冲突是根据本部分第六节（《狭义相对论---经典力学中的速度相加定理》）的论述推论而来，现在这些论点已经不再可维持。在该节我们的结论是：车厢里的乘客如果相对于车厢以每秒w的速度行走，那么每秒钟他相对于路基也走了相同的距离。可是按照以上论述，当车厢里发生一特定事件时，该事件所需要的时间，绝不能认为与从路基（参考物体）上判断的发生同一事件所需要的时间相等。因此我们不能说在车厢里走动的乘客相对于铁路线走距离w所需的时间从路基上判断是相等的。

此外，本部分第六节的论述还基于相对于严谨的思考来说是任意的一个假定。虽然在相对论创立以前，物理学中一直隐藏着这个假定。

注：

1.相对性的同时性：在一个参考系中同时发生的两个事件，在另一个参考系看来是不同时的。

以列车吊灯实验为例:一辆向左行驶的列车的一个长方体车厢中，其天花板中央吊着一盏关闭的吊灯，吊灯下面站着实验员A；该节车厢外在站台上有一个实验员B与实验员A站在同一直线上;若实验员A、B同时测量吊灯打开后光线（两条光线在同一直线上，并垂直于车厢两侧平面，平行于车厢其余四面）照射到车厢左右两边的时间，那么两个实验员测得的结果会不同：

①对于实验员A，他的参考系为车厢，因此吊灯相对于车厢是静止的，所以光线照到车厢左右两侧的时间是相等的--若设车厢长为L，光线到达车厢左右两侧的时间分别为t1、t2，由光速=c，则有：t1=½L/c=t2

②对于实验员B，他的参考系为站台，因此吊灯是运动的，其运动状态与列车车厢相同，考虑到光速不变原理，则此时光线照到车厢左右两侧的时间是不等的--因为向左的光线由于与车厢左侧同向运动，向右的光线与列车相向运动，由基本的追及问题原理可知，两在同一直线上匀速直线运动的物体，速度慢的追及速度快的时，相向而行比同向而行所花的时间少--若v1>v2,s≠0，则s/(v1+v2)<s/(v1-v2)。也就是说，向左的光线到达车厢左侧的时间要比向右的光线到达车厢右侧所花的时间长

由此可见，在判断两个事件是否同时发生时，需要考虑参考系的选择。参考系的选择不同，情况也不同。可以说，两个事件是否同时发生，与参考系的选择有关。两个不同地方发生的事件，其先后顺序可以因为观察者采取不同的运动方向而得出不同的结论，但是同一个地方发生的同时事件则必定在任何运动方式看起来都是同时，逻辑性和因果律不会因为不同的运动方式而被破坏