如果你听说过相对论，那么你应该听说过同时的相对性这一说法，它是光速不变原理的直接推论。希望本文能够帮你清晰地理解：

• 光速不变公设为何产生

• 同时的相对性如何正确得出

是否同时发生是一个复杂的问题，我们先来讨论是否发生这个更简单的问题。

答案是显然的，一定是发生的，火车上的人可能记录的发生时间有早有晚，发生地点有所不同，但一颗子弹击中靶这件事是发生了的。牛顿和爱因斯坦都这么认为。如果你找到一个坐标系能够确认这件事不发生，那么99%的可能你是错的，1%的可能目前这个世界上没有人理解你的理论。接下来我们讨论是否同时发生。

画面中是匀速（高速）驶来的爱因斯坦号列车。在路上设置一黄一蓝两盏路灯，恰好能够保证在某个时刻，当列车以速度v驶过时，蓝灯与车头重合，黄灯与车尾重合。

我还制造出了一种光子炸弹:（1）这个炸弹有容纳两个光子的两个空位，黄色空位只能容纳黄色光子，蓝色空位只能容纳蓝色光子;（2）当检测到任何一种光子单独进入后，光子通道立即关闭;（3）只有两种光子同时进入，才能占满空位。一旦被占满，炸弹爆炸;（4）光的多普勒效应不会影响炸弹的检测;

我将光子炸弹放在路灯中间，同时闪烁一次路灯，各自发出一束光脉冲（为简单起见，视为各自发出一个光子，且忽略光的多普勒效应)。可以观察到炸弹爆炸。

下面分析一下炸弹爆炸：

已知发光的时间相同（这是给定条件，无论如何都不可动摇，否则推理不成立），根据光走过的路程相同和光速相同（这两个是需要分析一下的，但由于是静止的坐标系，显然成立，牛顿和爱因斯坦们都不怀疑）得出光经历的时间相同，那么必然得出光到达炸弹的时间相同，也就是炸弹爆炸。

现将光子炸弹放在爱因斯坦号列车中间位置。

当列车以速度v驶过，恰好处于两灯之间时，同时闪烁一次路灯，各自发出一束光脉冲。为简单起见，视为各自发出一个光子。(忽略光的多普勒效应)

我们先从地面分析炸弹是否爆炸，分析的思路很简单，与之前分析地面炸弹时完全一致（因为坐标系还是地面），可以得出炸弹不爆炸这一结论。

由于地面观测不到炸弹爆炸，那么火车上也必定观测不到爆炸。带着该结论，转换到火车的坐标系分析。

于是我们先写出牛顿和爱因斯坦都没有异议的结论：

• a)光走的路程相同

• b)光到达的时间不相同

• c)光经历的时间不同步(a&b得出的推论)

下面是有争议的部分（基于光经历的时间不同步）：

牛顿坚持两光发出时间相同，推导出光速可变。

爱因斯坦坚持光速不变，推导出两光发出时间不同。

注意，两光发出时间相同和光速不变都是他们为了解释炸弹不爆炸现象的假设，如果没有物理实验支撑，谁也说服不了谁。但是显然今天的我们知道更多的物理实验支撑了光速不变，所以我们接受了相对论中的光速不变，它能更好地描述这个宇宙的运行规律。

最后总结一下：

在地面坐标系下认为同时发生的事情（黄、蓝光子同时发出），在相对其运动的火车系下并不认为同时发生。

同时性的相对性讨论的是两个异地事件对某个惯性系而言是否同时发生，而不是能否被该系中的某个特定观察者同时“看”到（对应案例中的炸弹爆炸）。

同时的相对性是光速不变的直接推论，只要承认光速不变就必须承认同时的相对性。

炸弹是否爆炸不能作为“同时性的相对性”是否成立的决定条件！我们完全可以将炸弹放在火车系下能够爆炸的位置，但这推不出任何矛盾，爱因斯坦和牛顿都会自圆其说。

一旦理解的同时的相对性，就可以理解高速火车过隧道的问题。

• 尺缩效应：一辆高速运动的火车会发生尺缩效应，因此从地面观测会比其静止时更短。

• 在接下来的描述中，隧道管理员代表地面视角，火车司机代表运动的火车视角。

当隧道管理员看到火车车头和车尾同时处于隧道中时，同时放下隧道两端闸门并立刻抬起。

对火车司机而言，隧道也有尺缩效应，他应认为隧道比火车更短。没有理解同时的相对性前，你可能会纠结于火车司机如何看待隧道管理员的放下闸门的动作（不会弄坏火车吗？），或者认为狭义相对论自相矛盾。

但现在我们应该知道，对火车司机而言，隧道管理员放下车头和车尾闸门两件事并非同时发生。火车司机看到的事件应该是这样的：

隧道口先与火车车头重合，闸门放下抬起；

隧道运动一段时间后，车尾到达隧道口，另一道闸门放下抬起。

对隧道管理员与火车司机而言，一切都是合理的。

先看光速不变原理的完整描述，在接下来的分析中会用光速不变代替这些描述。

光速不变原理是狭义相对论的两个基础公设之一。在狭义相对论之中，指的是无论在何种惯性参照系中观察，光在真空中的传播速度相对于该观测者都是一个常数，不随光源和观测者所在参考系的相对运动而改变。

光速不变的产生来自于三个原理/定律之间的矛盾。

相对性原理、牛顿力学推出的结果、麦克斯韦电磁学理论(以下用A\B\C分别代替）都是非常硬核的道理，不是我等无名之辈提出的创新点。为了解决两位大佬的矛盾，有两种途径，要么否定A，要么统一BC。否定A这件事显然先不考虑，一统才是王道。

物理学家绞尽脑汁统一牛顿和麦克斯韦的观点，最著名的是“以太”假说。但 “麦克尔逊——莫雷实验”否定了这一假说，并证明牛顿败了，麦克斯韦胜利。

接下来的事件就是基于相对性原理和光速不变原理的狭义相对论诞生（“麦克尔逊-莫雷实验”的时间早于爱因斯坦提出相对论的时间）。

在后面的文章中将会介绍洛伦兹变换和闵氏时空图等内容。如果你觉得还不错，别忘了点一个大大的赞！

• 维基百科.Theory of relativity

• 梁灿彬.微分几何入门与广义相对论

• 梁灿彬.从零学相对论

• PengTitus.狭义相对论导论

• 长尾科技.雷击火车实验，你可能并不懂「同时的相对性」