5．什么是“同时”？

同时，是我们在日常生活中常用的词汇。“他们两人同时到达山顶”、“电视新闻同时在全国各地播出”……好像每个人都非常理解这个词表达的意思，不就是说两件事在同一时刻发生吗？

不过，什么叫“同一时刻”呢？这样说的意思首先是认为时间是一个绝对的概念，上帝在某处设立了一个大大的、精确无比的标准钟。然而，如果你深入考察下时间的概念，可能会使你越想越糊涂。时间是什么？正如公元4世纪哲学家圣·奥古斯丁对“时间”概念的名言：

“If no one asks me，I know what it is．If I wish to explain it to him who asks，I do not know．”

我把它翻译成如下两句：“无人问时我知晓，欲求答案却茫然。”

时间是绝对的，还是相对的？如果说它是绝对的，显然不符合相对性原理。上帝绝对准确的钟该放在哪里呢？地球上？太阳上？或是别的什么地方？这好像是又回到了地心说、日心说之争的年代。现代社会几乎每一个人都知道，无论是地球还是太阳，都只是茫茫浩瀚宇宙中一个小小的天体。所以，从一般现代人的常识来看，也似乎不应该存在一个绝对的时间。而爱因斯坦也正是深刻理解了时间的“相对性”的意义，才在创立狭义相对论的过程中，迈出了关键的一步。

爱因斯坦有一个广为人知的比喻：“和一位漂亮女孩在一起待上一小时，你会感觉像一秒钟；但如果让你在火炉子上待上一秒钟，你会感觉像一小时。这就是相对论。”尽管这的确是爱因斯坦所言，但在比喻中他指的是时间在心理上的相对性，而我们想要探究的，却是爱因斯坦探讨的时间在物理意义上的相对性。

狭义相对论中同时的相对性，是来自于相对论的两个基本假设：相对性原理和光速不变。

如果两个事件对某一个观察系来说是同时的，对另一个观察系来说就不一定是同时的。我们用图1-5-1中所示的例子来说明这个问题。如下的解释中，以承认相对性原理和光速不变为前提。

图1-5-1　同时的相对性

一列火车以速度v运动，站在车厢正中间的Alice，当经过地面上的Bob时点亮了车厢正中位置的一盏灯，向左和向右的两束灯光将以真空中的光速c分别传播到车尾A和车头B。在Alice看起来，灯到A和B的距离是相等的，所以两束光将同时到达A和B。但是，站在地面上静止的Bob怎么看待这个问题呢？

对Bob来说，左右两束光的速度仍然都是c，这是相对论的假设，无论光源是在运动与否都没有关系。但是，火车却是运动的。因而，A点是对着光线迎过去，B点则是背着光线逃走。所以光线到达A的事件应该先发生，到达B的事件应该后发生。也就是说，Alice认为是同时发生的两个事件，Bob却认为不同时。

刚才所述的相对论中对同时性的检验，是用光信号的传递来进行的。这是因为光在狭义相对论中具有独特的地位。根据狭义相对论的假设，真空中的光速对任何参考系，在任何方向测量都是一样的数值。在由此而建立的狭义相对论中，任何物体的速度都不可能超过光速，光是能够完整传递信息和能量的最大速度。换言之，如果火车上的Alice不是点亮了一盏灯，而是向左右射出子弹的话，两颗子弹相对于Bob的速度便不是一样的。事实上，光可以说是一种很神秘的物质形态，它不仅在狭义相对论中具有特殊地位，在整个物理学及其他学科中的地位也是独一无二的。至今为止没有发现任何超光速的、能够携带能量或信息的现象。也就是说，尚未有与相对论这条假设相违背的情形。如果将来的实验证实这条假设不对的话，爱因斯坦的理论就需要加以修改了。