比如,兩個人,一個在地球上,一個在太陽上,他們手裡各自帶了一塊對過時間的手錶。讓這兩個人同時眨眼睛。這個「同時」是什麼概念?是指手錶的指針一致時做一個動作,還是指光從太陽上傳播到地球,即地球上的人應該比太陽上的人晚8分鐘做動作?


【比如,兩個人,一個在地球上,一個在太陽上】

這叫不同空間坐標的同時,簡言之他們的時空坐標不同。

所謂時空坐標不同

如果時間坐標相同,空間坐標同,就叫時空坐標不同。

如果時間坐標同,空間坐標相同,也叫時空坐標不同。

如果時間坐標不同,空間坐標也不同,當然還是叫時空坐標不同。

時空坐標不同在4維時空中就不能叫「相同位置」,因為這時候「位置」兩個字除了含有空間的意思,還有時間的意思。

因此,談論同時,一定要指明空間坐標。不同空間坐標的同時就叫相對同時。4維時空中確定參考系後,任何事件的時空坐標都是唯一的,只要你把時間坐標空間坐標寫上,就不會暈頭轉向了。


同時確實有很多種定義,但是最常用的是靜態正交坐標下的同時性,稱為正交同時。相對論中對於正交同時的標準定義是這樣的,與時空坐標的時間軸處處正交的時空點稱為同一時刻的空間。通過一個理想實驗,可以確定一個同時性的測量機制,我們首先在時刻t發出一束光,到達鄰域x的同時,要求x也發出一束光,當我們接收到這道光的時候應為t+2dt,我們定義我們的t+dt時刻與x接收到我們的光的時刻是同時的。這樣當x與我們的距離趨於0的時候,我們便找到了與t時刻同時的鄰域dx,然後找到與dx同時的鄰域2dx,ndx,這樣聯繫起來的眾多時空點便是所謂的t時刻的空間,所謂空間,即表面裡面的所有時空點都是同時的,這種同時性也稱為微分同時性。對於這樣的定義,對於某些特殊的參考系會出現空間斷裂的情況,比如著名的愛因斯坦圓盤,當一個圓盤旋轉起來,由於尺縮效應,尺子縮短了,圓周長度不變的話則用它測出的長度應該變大,而測出的直徑不變,因此pi變大,形成一個非歐空間。但另一方面,圓周不過是一個特殊的動尺罷了,這樣看來其實圓周並未變大。動尺變短,是洛倫茲變換的結果,其本質是微分同時性的結果,而如果將圓周本身看成一個整體的話,這整體其實是選擇了圓心同時性的結果,也就是說圓周上的兩點是否同時是根據它們與圓心是否同時來定義的,但這樣的圓周兩個點必然不滿足微分同時性。因此愛因斯坦圓盤悖論本質上是由於選擇了不同的同時性定義,也就是說選擇了不同的坐標系而導致的。

綜合以上結論,我們知道,物理學中默認的同時性定義是微分同時性,但許多情況下又會不自覺地使用其他的同時性定義,不管如何定義,關鍵應當保持定義的統一,不要把多套坐標系混用。


運動是絕對的,靜止是相對的。

「同時」並不是一個物理學特有的概念,這是一個語言學上的概念。在語言描述的上下文情境里應該為何種概念,就是何種概念。

比如你舉的那個例子里,根據上下文推斷,「讓這兩個人同時眨眼睛」這裡面的同時,顯然是指指針同時指向某個時刻時。在這個描述里,如果地球上的人看著太陽上的人的表的指針來動作, 那地球上的人還帶著表做什麼呢?這和物理學沒什麼關係,就是語言學上的理解問題。

如果你描述的情境改成:「兩個人,一人在地球上,一個在太陽上,讓他們看著比鄰星上的一塊手錶同時眨眼睛。」這個描述里,就是和光的傳播時間有關係了。


不存在,因為時空一體


選定一個參照系然後在這兩點的中點放一個光源,並發出一個光脈衝。當兩人接收到光時眨眼
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