比如,两个人,一个在地球上,一个在太阳上,他们手里各自带了一块对过时间的手表。让这两个人同时眨眼睛。这个「同时」是什么概念?是指手表的指针一致时做一个动作,还是指光从太阳上传播到地球,即地球上的人应该比太阳上的人晚8分钟做动作?


【比如,两个人,一个在地球上,一个在太阳上】

这叫不同空间坐标的同时,简言之他们的时空坐标不同。

所谓时空坐标不同

如果时间坐标相同,空间坐标同,就叫时空坐标不同。

如果时间坐标同,空间坐标相同,也叫时空坐标不同。

如果时间坐标不同,空间坐标也不同,当然还是叫时空坐标不同。

时空坐标不同在4维时空中就不能叫「相同位置」,因为这时候「位置」两个字除了含有空间的意思,还有时间的意思。

因此,谈论同时,一定要指明空间坐标。不同空间坐标的同时就叫相对同时。4维时空中确定参考系后,任何事件的时空坐标都是唯一的,只要你把时间坐标空间坐标写上,就不会晕头转向了。


同时确实有很多种定义,但是最常用的是静态正交坐标下的同时性,称为正交同时。相对论中对于正交同时的标准定义是这样的,与时空坐标的时间轴处处正交的时空点称为同一时刻的空间。通过一个理想实验,可以确定一个同时性的测量机制,我们首先在时刻t发出一束光,到达邻域x的同时,要求x也发出一束光,当我们接收到这道光的时候应为t+2dt,我们定义我们的t+dt时刻与x接收到我们的光的时刻是同时的。这样当x与我们的距离趋于0的时候,我们便找到了与t时刻同时的邻域dx,然后找到与dx同时的邻域2dx,ndx,这样联系起来的众多时空点便是所谓的t时刻的空间,所谓空间,即表面里面的所有时空点都是同时的,这种同时性也称为微分同时性。对于这样的定义,对于某些特殊的参考系会出现空间断裂的情况,比如著名的爱因斯坦圆盘,当一个圆盘旋转起来,由于尺缩效应,尺子缩短了,圆周长度不变的话则用它测出的长度应该变大,而测出的直径不变,因此pi变大,形成一个非欧空间。但另一方面,圆周不过是一个特殊的动尺罢了,这样看来其实圆周并未变大。动尺变短,是洛伦兹变换的结果,其本质是微分同时性的结果,而如果将圆周本身看成一个整体的话,这整体其实是选择了圆心同时性的结果,也就是说圆周上的两点是否同时是根据它们与圆心是否同时来定义的,但这样的圆周两个点必然不满足微分同时性。因此爱因斯坦圆盘悖论本质上是由于选择了不同的同时性定义,也就是说选择了不同的坐标系而导致的。

综合以上结论,我们知道,物理学中默认的同时性定义是微分同时性,但许多情况下又会不自觉地使用其他的同时性定义,不管如何定义,关键应当保持定义的统一,不要把多套坐标系混用。


运动是绝对的,静止是相对的。

「同时」并不是一个物理学特有的概念,这是一个语言学上的概念。在语言描述的上下文情境里应该为何种概念,就是何种概念。

比如你举的那个例子里,根据上下文推断,「让这两个人同时眨眼睛」这里面的同时,显然是指指针同时指向某个时刻时。在这个描述里,如果地球上的人看著太阳上的人的表的指针来动作, 那地球上的人还带著表做什么呢?这和物理学没什么关系,就是语言学上的理解问题。

如果你描述的情境改成:「两个人,一人在地球上,一个在太阳上,让他们看著比邻星上的一块手表同时眨眼睛。」这个描述里,就是和光的传播时间有关系了。


不存在,因为时空一体


选定一个参照系然后在这两点的中点放一个光源,并发出一个光脉冲。当两人接收到光时眨眼
推荐阅读:
相关文章