“同时的相对性”的本质

光速不变原理是假设：在两个相对速度是任意常数值的惯性参照系内测量同一束光，或同一个光子，测得的光速数值是相同的。以光速不变为前提可以得到很多独特的结论，如时间延缓、长度收缩以及同时的相对性。

黄秀清博主近期发起了科学网“光速到底变不变”，“同时的相对性”到底存在不存在的大讨论。并旗帜鲜明地认为：光速不变似乎是不可能的，“同时的相对性”似乎是不存在的。经过正反双方的激烈交锋、讨论和本博的友情支援，近期结果意味着黄秀清博主的观点基本站住了脚。为什么呢？

同时的相对性是基于光速不变原理得出的一个纯相对论效应。按照郭硕鸿著的《电动力学》的解释，同时的相对性是“原来在Σ系上观察到同时发生的两个事件，在Σ’系上看来就变为不同时。这样的叙述不是很直观，下面我们把其用黄秀清博主的光弹击中小车的理想实验表述出来，便于揭秘“同时的相对性”的物理本质。

假设小车相对地面做匀速运动为Σ系，地面为Σ’系，两颗光弹分别于2013年元旦的0时刻，同时地击中小车的前后车厢，即Σ系上观察到同时发生的两个事件。如下图所示。在地面系观察：左方光弹于2013年元旦的0时刻击中前车厢，而右方光弹于2014年元旦的0时刻击中后车厢，即所谓在Σ’系上观察变为不同时。

上图准确地给出了著名的“同时的相对性”。通常也把其意义解释为：在一参照系中不同地点上对准了的时钟（即地面系左方显示2013年元旦0时刻的时钟与右方显示2014年元旦0时刻的时钟是地面系对准的两个时钟，它们的读数随着地面系的时间变化，之所以显示两个不同的时刻是因为时间过去了一年），在另一参照系上观察起来会变为不对准的（即从小车系上观察：小车系2013年0时刻既看到了地面系的2013年元旦的0时刻，又看到了地面系的2014年元旦的0时刻）。

这种说法很误导人，上图的“同时的相对性”明明就是小车系在一个确定时刻，或时间停止时，观察到了地面系的不同时刻，这意味着地面系的时间已经流逝了1年。这和时钟没对准，即出现了走时误差似乎一毛钱关系也没有。

因此，“同时的相对性”的本质就是：当小车系的时间停止在某一时刻，如图中的2013年元旦的0时刻，地面系要想观察到小车系上的每一点的2013年元旦的0时刻，要利用地面系的不同时刻，如上图所示，地面系要想看到光弹击中左方车厢，地面系只有处在2013的元旦0时刻，而地面系要想看到光弹击中右方车厢，则地面系必须等上1年以后，在2014的元旦0时刻。反之，小车系的时间停止在某时刻不变，能观察到地面系的今天、昨天和明天。

综上，由同时的相对性可得出一个重要的结论：当小车系的时间停止在2013年元旦的0时刻时，地面系的时间不会停止，而是独立于小车系的时间在流逝。如上图所示，流逝了1年。当然，改变小车的长度还可以的得到时间流逝更多的结论。

其实，本博在最严格推导洛伦兹变换一文中，揭示了长度收缩的本质也来源与“同时的相对性”。即静止系在确定时刻观察一个运动的杆时，观察到的杆上的各点处于不同的时刻，因此，不同时刻的各点之间不存在“应力”。正如，您今天是不可能握住我昨天的手一样。所以，长度收缩中是不存在应力的。

当然，本博认为这个结论是很荒谬的，相对论的支持者也认为这是一个错误的结论。然而，我们应该注意到这个结论是光速不变原理的严格推论。如果这个结论不对，那您说相对论是不是可能存在着逻辑矛盾，光速不变可能是个不正确的假设。

此外，也不能完全排除本博论证中存在逻辑问题，因此请您尝试回答下面问题以帮助本博检查论证是否严密，谢谢！

1. 本博描述的“同时的相对性”的图例是否正确？如错误请指出。

2. 若1正确，本博假定小车系的时间处于2013年元旦的0时刻（相当于小车系的时间停止），地面系的时间是否停止？如果回答不停止，则本博的地面系时间流逝的结论是正确的。光速不变假设可能是不对的。

3. 如果回答停止，请问地面系停在几个确定时刻？若回答地面系停止在一个确定时刻，例如2014年的元旦0时刻，则不会出现2013年元旦的0时刻。则说明同时的相对性是不对的。

4. 若回答地面系停止在多个时刻，例如前方停止在2013年元旦的0时刻和后方停止在2014年元旦的0时刻。请解释在地面系时间不流逝的前提下，如何从2013年进入2014年？

总之，本博和一些相对论的探索者发现相对论存在的逻辑问题很多，这个可能是目前找到的最简单的最直观的逻辑悖论。按照本博对光速不变的理解，似乎这个矛盾很难调和。如果您是理解相对论的学者欢迎您不吝赐教。

就目前擂台赛的交锋看，还没学者能正确解释上述矛盾。因此，有理由说：黄秀清博主的观点初步获胜。光速到底变不变，还需一个认识过程。谨将此文立此存照吧！