精讲《从一到无穷大》-24时间和空间都是相对的
上一回我们讲了时空间隔发生在不同时间不同地点的事件，可以通过时空间隔来判断二者之间有没有因果性。这一回我们想讲一讲相对论中最神奇的内容之一，时间和空间都是相对的。
什么叫相对呢？我们先从一个简单的例子说起。假如在一列高速运动的列车上，有一个乘客正在餐车上用餐，他先喝了一口开胃酒，然后吃了一些甜食。在一旁的侍者看来，喝开胃酒和吃甜食是发生在同一个地点的，就在餐车的桌子上。可是在这段时间里，火车是在高速运动着。如果铁道边儿有一个道岔工，他会感觉到喝开胃酒和吃甜食这两件事儿发生在两个不同的地方，二者之间相差了好几百米远。
如果用物理学的语言来说，一个观察者看起来发生在同一个地点的事儿，在另外一个观察者看来可能发生在不同的地点。这是因为观察者的速度不同造成的运动和静止都是相对的这看起来并没有什么大不了，它符合生活常识，人们早就司空见惯了。也许只有刻舟求剑的楚国人才不明白这个道理。可是直到闵可夫斯基和爱因斯坦出现之前，人们都一直认为时间是1分1秒永恒不变的流逝的。如果车上的侍者拿着手表给餐车上的乘客计时，他会发现在九点的时候，乘客喝了开胃酒，在9点01分的时候吃了甜食，二者相差一分钟。
如果地面上的道岔工也拿出表来计时，那么它的测量结果也一定如此。这就是时间的绝对性。可是我们之前花了那么多节课来讨论四维时空。时间和空间本来就应该是统一的，在不同参考系下看，两个事件的空间间隔可以不一样。那么为什么时间间隔就一定会保持不变呢？要回答这个问题，科学家们经历了几十年的时间，最终由爱因斯坦完成了。爱因斯坦在狭义相对论中指出，真空中的光速在任何观察者看来都是保持不变的这叫做光速不变原理。我们姑且不去讨论这个原理到底是因为什么，而是直接利用这个观点就可以得到结论。
在某些观察者看来同时发生的事儿，在另一个观察者看来却是先后发生的。大家来看这样一个例子，在餐车的头部和尾部各有一个乘客准备用餐，侍者站在车厢正中央点亮了一盏灯。这盏灯向前和向后发出光线，当乘客看到灯光的时候就开始用餐。因为两名乘客到逝者的距离相同，光的传播速度也相同。这样一来，光传播到两个乘客的时间就是一样的。在侍者看来，两名乘客是在同一时间用餐的，可是地面上的道岔工如何看待这个问题呢？在侍者打开灯的一瞬间，车头和车尾的乘客到逝者的距离是一样的……
