对“同时的相对性”的再思考

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1、对“同时的相对性”的再思考　　《中学物理》2012年第10期上刊登了“关于同时的相对性辨析”（以下简称“辨析”）一文，在2013年第3期上刊登了“到底哪个事件先发生”（以下简称“发生”）一文.两篇文章均是关于狭义相对论中“同时的相对性”判断方法的讨论.后文是对前文的一些基本观念的纠正.笔者认为，前文和后文作者对相对论基本概念的理解均有不妥.比如：如何确定事件发生的时刻、对参考系的认识、测量事件发生的时刻与接收事件发生的光信号时刻的区别等.为此，笔者想通过本文与以上两位作者做进一步探讨.如有不当，请大家批评指正.　　为了方便陈述，我们还是引用人教版

2、高中物理选修3-4第106页的习题来阐述两位作者以及笔者的一些观点.　　习题是这样的：地面上的人认为A、B两个事件同时发生，对于坐在飞船中沿两个事件发生地点A、B连线飞行的人来说，哪个事件先发生？（如图1所示）　　“辨析”一文作者认为：“相对论是不考虑观察者位置引起的时间问题的.由于光速不变和由于位置引起的时序的不同，在物理本质上是完全不一样的.”飞船中的观察者看到A、B两个事件究竟哪一个先发生是由光速不变和观察者的位置这两个因素共同决定的，且与飞船的速度大小有关.　　“发生”一文作者认为：“‘辨析’一文作者的观点有问题，问题出在对两个事件是否‘

3、同时发生’的判据上！”“辨析”一文作者认为观察者先看到哪个事件，就判断哪个事件先发生是对相对论中所描述的“同时”的曲解.“它实质是忽略了信号从事件发生地传播到观察者所在地所需的时间.”且“正因为光速有限，因此对存在高速相对运动的参考系之间的‘观察’与‘测量’应格外谨慎.”所以作者认为：“飞船中的观察者判断闪光先到达哪处不能凭肉眼看，而应进行推理分析.”最后得出的结论为：“飞船中的观察者必将观察（作者前面说应进行推理分析，但在此处却可能笔误写成了‘观察’）到闪光先到达B地这一事实.”进而推出本题对于坐在飞船中沿两事件发生地点A、B连线飞行的人来说B

4、事件先发生.　　人教版高中物理选修3-4教师用书给出的参考解答是这样的：B事件先发生.可以设想，在事件A发生时A处发出一个闪光，事件B发生时B处发出一个闪光.“两闪光相遇”作为一个事件，发生在线段AB的中点，这在不同的参考系中看都是一样的.“相遇在中点”这个现象在地面系中很容易解释：两个闪光同时发出，两个闪光传播速度又一样，当然在线段的中点相遇.火箭上的人则有如下推理.地面在向火箭的方向运动，从闪光发生到两闪光相遇，线段中点向火箭的方向运动了一段距离，因此闪光B传播的距离比闪光A长些.既然两个闪光的光速相同，一定是闪光B发出得早一些.　　笔者认为

5、：由于光信号从事件的发生地传播至观察者肉眼需要时间，所以凭肉眼看到的一切事物均是它的过去存在状态.观察者所在的地理位置不同，传播需要的时间也就不同，地理位置的确会造成时间差.“辨析”一文作者便认为任意地理位置的观察者用眼睛先看到哪一个事件，就判断哪一个事件先发生.按照“发生”一文作者以及人教版教师用书给出的解释又认为：判断A、B哪一个事件先发生应进行推理分析，进而认为“同时的相对性”应通过逻辑推理得出.　　那么，“同时的相对性”究竟能否直接被我们所测量或者用眼睛所看，而非借助于其它事情来“推理”得出呢？若是用眼睛看，又应该怎样去“看”呢？　　按照

6、人教版教师用书给出的解释：事件A发生时A处发出一个闪光，事件B发生时B处发出一个闪光，“两闪光在中点相遇”作为唯一的一个事件若用眼睛来看，尽管光传到眼睛需要时间，但是在任何一个参考系中的任何一个位置，均可以用眼睛看到两闪光是同时在中点相遇.但若是按照“发生”一文作者的解释：在A、B中点相对于地面参考系同时发出一闪光，把闪光到达A点作为A事件，把闪光到达B点作为B事件用眼来看，那么即便是在地面这个参考系下，不同的地理位置用眼睛看到的结果也会不同.　　正是考虑到这些因素，正是为了避免误导和混淆.狭义相对论在讲解它对应的效应之前就已经对“测量”有了原则

7、上的定义：　　首先，用同步好的时钟在事件发生的当地测量事件发生的时刻.这样，时钟、观察者和事件发生地点可以看成处在同一位置，当事件发生时，表明事件发生的光信号及时钟指针指至某一相应读数的光信号传递至观察者眼中并引起视觉所需的时间可忽略不计.只有在这种情况下“测量”与“用眼睛看”等效，这一瞬间时钟指针所指示的读数就代表了观察者在这个特定参考系中测量的该事件发生的时刻.　　第二，为了达到在当时当地测量的目的，参考系为无限大且处处有观察者.在相对论中两事件是否同时发生与观察者所在参考系有关，只有对于确定的参考系谈论事件的发生时刻才有意义.为便于测量，除

8、了选取某一个参照物外还必须想象与此参照物固结的参考系无限大，在此参考系空间中的每一个点上都有一个静止且随身携带时钟的观察者，每一个观察者