“同地”的这种相对观念,是人们熟知的,大家不以为怪。然而,在日常观念中,人们认为“同时”却是绝对的,两个事件是否同时发生,具有绝对意义。例如,在公共汽车的头尾各放一个鞭炮(即使在不禁放爆竹的城市,这也是绝对禁止的游戏!),如果车上的人认为这两个炮是同时响的,那么车下的人当然也认为是同时响的。这就是“同时”的绝对性。以往没有任何人怀疑“同时”的这种绝对性。但是,相对论告诉我们,“同时”和“同地”一样也是相对的。因而在车上的人看来,车头、车尾同时发生的两件事,对车下的人来说,只要车在运动,这两件事就不会是同时发生的。“同时”的这种相对性,与人们的日常观念大不相同,很难被接受。为什么我们通常感觉不到“同时”的相对性呢? 那是因为,这种相对性只有在接近光速(每秒30万公里)运动时,才会明显表现出来。我们通常接触的汽车、飞机甚至火箭,运动速度都太小了,感觉不出这点差异。
由于同时的相对性, 高速运动的刚尺,会在运动方向上缩短。高速运动的钟,与一系列静置的钟(已校准同步)相比会变慢。
运动刚尺的收缩效应(即公式(2)),是洛伦兹等人最先提出的。但他们认为,这是刚尺相对于绝对空间运动时发生的效应,是一种真实的物理效应,发生这种效应时,构成刚尺的原子的结构会发生变化。爱因斯坦的相对论也认为有这种收缩,但他认为这种收缩是相对的,是一种时空效应,发生这种效应时,构成刚尺的原子结构不会发生任何变化。相对论认为,运动刚尺的收缩是相对的, 两个作相对运动的刚尺,都会认为对方缩短,这是“同时”相对性的结果,与绝对空间没有关系。相对论认为根本不存在绝对空间。
运动时钟变慢也是相对的。两列平行放置、相对运动的钟,让对方的一个钟依次与自己的一系列钟比较,都会认为对方的(相对于自己运动的)钟变慢。
式中
是运动钟走的时间,
是静置的一系列钟所走的时间。
这个效应已经被实验证实。有一种寿命极短的粒子——
介子,实验已经发现,高速运动的
介子比静止的
介子寿命要长,这可解释为运动
介子自身的钟变慢所致。
相对论的另一重要结论是质能关系式
它告诉我们能量和质量是同一事物的两个方面。凡是有质量的东西都含有能量。例如,一克水, 如果它的能量全部表现为热能,就相当于一颗两万吨级的原子弹。实际上,质能关系式已经作为设计原子弹的重要理论基础