爱因斯坦的同时性定义

爱因斯坦在定义物体运动的同时性的时候,引入了如下辅助物:

在空间中A处发生的事件1和在空间中B处发生的事件2,怎么检验他们是否同时发生的呢?

首先在A和B之间放置一个形状为直线的刚体,然后在A,B两点的中点处M进行观测。如果在M同时看到了事件1和事件2的发生,则认为事件1、2是同时发生的。

以上定义首先隐含了另一个同时性概念,即,用同一位置的同时性来验证不同位置的同时性;而同一位置的同时性被看做是自明的,无需论证。

这个定义还隐含了这样一个逻辑:相同的时刻+相同的时间间隔=相同的时刻;其中,相同的时间间隔 是由 相同距离/相同速度 导出。

看起来这个定义还隐含了时间定义和时间的代数性质。

 

用极限的概念来考察一下同时。

先假设我们已经明白时间---时间间隔,看下面这个例子。

小明坐在屋子里。屋子里有苹果,有书,屋子外面的天空上有太阳,有云。过了一会小明站了起来。在小明站起来之前,他吃掉了苹果,并且读了两页书,而屋外的云飘远了,太阳的照射角度也变了。我们可以认为,在这“一会”的时间内,“小明吃苹果,小明看书,云彩飘远,太阳变换角度”这几件事是都发生了的。

让我们把“一会”这个时间变短,再变短,再变短。。。变成无限短。那么在“无限短”的时间间隔内,屋内屋外都发生了的事情,我们就可以看做是同时发生的。

 

随后,爱因斯坦将这个同时性的定义应用于整个空间。

首先,简化一下刚才的同时性定义:经过相同的时间间隔,在同一位置,被同时观测到的事件称为同时发生。

至于如何测算相同的时间间隔,这完全是随意规定的,比如我们可以规定:光跑同样路程所花费的时间相同;也可以规定构造相同的钟,划过相同的刻度差也花费同样多的时间。

对于空间中任意两点A,B,选取两个构造相同的钟,用上述定义,可以把A,B两处的钟对表,使得他们在“同一时刻”指向相同刻度。具体操作可以这样:只需把中点M处在同时获得A,B信息时的刻度差发给B,B再收到刻度差就可以用当前刻度抛去这个刻度差,就是A的刻度了。

然后看空间中任意三个点,A,B,C,我们可以把它们两两对表,如果A和B同时,B和C同时,那我们可以认为A和C也同时,同时具有传递性。 

这显然可以延伸到任意多个位置的对表。

如果在空间的所有位置都有对过的表,那么任意一点的物理事件发生的时间可以定义为在该点处,物理事件发生时钟的刻度。

posted @ 2012-07-02 15:08  fire  阅读(2071)  评论(0编辑  收藏  举报