9. 同时的相对性

到目前为止，我们一直是参照被我们称为“铁路路基”的特定参照物进行思考的。假定现在有一列很长的火车以恒定速度v沿着图1所标明的方向行驶。乘坐这列火车的人可以方便地把火车当做刚性参照物（坐标系），参照火车来考察所有事件。于是，沿铁路发生的每一个事件也在火车的某一特定点上发生。而且和相对于路基给出的同时性定义完全一样，我们也可以相对于火车给出同时性的定义。但现在自然产生了如下问题：

相对于铁路路基是同时的两个事件（例如A和B的两处雷击），相对于火车也是同时的吗？我们马上就会表明，回答必然是否定的。

我们说A、B两处雷击相对于路基而言是同时的，我们的意思是指：从A、B两雷击处发出的光线在路基距离A－B的中点M相遇。但事件A和B也对应于火车上的位置A和B。设M′为行驶火车上距离A－B的中点。虽然雷击发生时^注7点M′与点M重合，但如图所示，点M′以火车的速度v向右移动。倘若坐在火车M′处的一个观察者并不具有这个速度，那么他将总是停在M点，从雷击A和B发出的光线将同时到达他这里，也就是说两条光线正好在他这里相遇。然而实际上（从路基上判断），这个观察者正在迎着来自B的光线快速行进，同时也先于来自A的光线向前行进。因此这个观察者将先看见从B发出的光线，后看见从A发出的光线。于是，以列车为参照物的观察者必然得出结论说，雷击B先于雷击A发生。这样我们就得出了以下重要结果：

相对于路基是同时的若干事件，相对于火车并不是同时的，反之亦然（同时的相对性）。每一个参照物（坐标系）都有其特殊时间；只有被告知时间陈述是相对于哪一个参照物的，时间陈述才有意义。

相对论创立之前，物理学一直隐含地假定，时间陈述有一种绝对的意义，即时间陈述与参照物的运动状态无关。但我们已经看到，这一假定与最自然的同时性定义是不相容的；如果抛弃这个假定，第7节中讨论的真空中光的传播定律与相对性原理之间的冲突便消失了。

这一冲突源自第6节的思考，这些思考现在已经站不住脚了。我们曾在那一节断言，如果车厢里的人相对于车厢在一秒钟内走过距离w，那么他在一秒钟内相对于路基也会走过相同的距离。但是根据以上论述，绝不能认为相对于车厢发生某一特定事件所需的时间就一定等于以路基为参照物判断发生同一事件所需的时间。因此我们不能断言，在车厢里走动的人相对于铁轨走距离w所需的时间从路基上判断等于一秒钟。

此外，第6节的思考还基于另一个假定。严格说来，这个假定是任意的，尽管在相对论创立之前，该假定一直被默认。