解读同时性的相对性

A:

在牛顿的绝对时空观里，同时就是事件处于绝对时间上的同一个时刻。而且同时性具有可传递性。比如，空间中A点和B点同时，B点和C点同时，那么A点和C点就一定同时。不管他们之间的运动状态或者其他的任何因素。推广这种传递，理论上我们可以找到宇宙中所有同时的事件，而所有同时发生的事件就构成了一个三维空间的同一时刻超曲面。这个超曲面在绝对时间上一直向前，向未来运动着。由于只有一个绝对时间，所以这个超曲面在任意时刻上都是唯一的。

20世纪初，爱因斯坦证明了如果假定光速在真空中恒定为C,那么同时性就是相对的。爱因斯坦发现了同时性的相对性。

“同时性的相对性”是指：在一个参考系中同时发生的两个事件，在另一个参考系看来是不同时的。我们知道，由于同时性的相对性，两个相对运动的参照系中的三个点（A，B，C）（A，B两个点在静系，另外一个点C在动系），无法达成同时这样的共识。如果动点C和其中一个静点A在空间位置上重合，则这三个点不仅处于两个同时面上而且重合的两个点正好属于两个同时面相交处。也就是说A点和B点同时，而A点和C点也是同时，但是可以证明C点和B点不同时。看下图：

通过上面这个闵可夫斯基时空图就可以清楚的看到，具有相对运动的两个惯性系，t-x系a点和b点在同一个同时面上，t′-x′系中c和c′在同一个同时面上，a和c同时，但b和c不同时，b比c落后了一段时间（b位于t′-x′系中c和c′同时面的下方）。

总结一下，在爱因斯坦发现了同时性的相对性之后，同时性的传递性不再是必然的了，在某些情况下，不具有传递性。各个惯性系都有自己的同时面，而且每一个同时面都是一个三维超曲面。沿着各自时间流逝的方向向前运动。这样，我们从牛顿的唯一的一个三维超曲面发展成了许多的不同惯性系下的不同三维超曲面。必须指出，在指定的惯性系的指定时刻，只能有唯一的一个三维超曲面，这一点和牛顿绝对时空观一样。

我很喜欢这句话，牛顿绝对时空观下三维超曲面随时间流逝，如同只有唯一的一副扑克；到了爱因斯坦相对论之后，每个惯性系都有一副扑克。从一副扑克就变成了多副扑克。

如下图所示：

我们知道，在牛顿的时空中，时间和空间是绝对的、各自独立的存在，不因其中的物质发生变化而改变。在这样的前提下，我们在对世界进行观察时，用观者的时间建立一个同时面，用来表示同时发生的事件。只要是同时发生的事件都可以被放在观者时间的同时面上。因为时间是绝对的，而且全世界只有一个时间。我们只需要校对手表或座钟就可以同步时间。而且时间的流逝一定是在任何地方都是均匀的，因为只有一个时间，且不和物质相互作用。

相对论效应被发现后，我们知道，时间并不是绝对的。同时性也只具有相对性。故而，相对论用多个同时面来解决不同观者所观察到的不同事实。

其实我们不妨静心思索一下。

时间不再绝对，每一个处于不同运动状态的惯性观者都有着不同于其它惯性观者的时间。因为观者同时也会成为被观者，故而每个被观者也都有自己的时间，并且随着被观者运动状态的不同，他的时间变化也会被观测出来。这不正是回归了时间的一般性定义吗？时间就是描述事物的运动状态和变化的量。宇宙中万事万物自身的时间都是可以与观者不同的（这里的不同，不光指的是不同时，而且还包括时间流逝的速度即走时率也不同）。

相对论用多个同时面解释不同的观者观察同一个被观者时，采用的方法是不同观者延伸自己的同时面使之与被观者的世界线相交。很显然由于同时面不同，所以不同观者的同时面与被观者世界线的相交点并不相同。通俗点儿说，就是不同观者会看到被观者的不同的历史阶段与自己同时。很明显，相对论认为这些个不同的历史阶段都是真实存在的，我们甚至能找到极端情况下这些历史阶段是同时存在的。只是由于观者和被观者的相对运动状态的不同，才导致不同的观者只能进入到被观者某一个历史阶段开始观察。这就是相对论被我认为采用的是所谓胶片人生。

而且由于不同观者会观察到被观者的不同历史阶段，而历史是有顺序的，满足因果律的，所以就要否定一切超过光速的现象。因为如果有超过光速的现象，那么看到被观者后面的历史的观者A会通过超光速把结果告诉另一个看到被观者前面历史的观者B，并使观者B再通过超光速把这个结果发送给被观者，让被观者在历史还没有发生时就知道结果，即如果存在超光速则历史的结果将会在发生前就被知道，如果事先知道了结果就会去改变结果，而结果又通过超光速传递到发生之前，如此往复，破坏了因果律，一切都将陷入悖论之中。。。。。诸如此类的手段，（最著名的悖论要数祖母悖论）。终将导致被观者出现各种历史谬误。这显然会令因果律失效，令我们无法对现象做出解释。

这就是光速上限的原因。

题外话：光速为什么是上限，只是在逻辑学上给出了解释。那在物理学中呢？我们还是采用了逻辑学的解释。并没有一个特别的物理学的解释。在相对论以及量子力学中这样的现象并不少见：在物理学上说不清楚，但在哲学，逻辑学上应该如此。其实这也是蛮奇怪的。于是有人用人择原理来解释我们的宇宙。

当然也有人提出平行宇宙的说法。我这里认为不正确，但不做讨论。

再来看爱因斯坦，发现了同时性的相对性，从绝对时间出发，发现一个同时面解答不了观测的现象，从而否定了绝对时间。但是他没有再走下去，只是用多个同时面来解释相对论效应。

分析一下，用绝对时间的唯一同时面真的能涵盖万事万物的时间变化吗（这是牛顿绝对时空观）？实验事实表明：不能；那么用不同观者的多个同时面能涵盖得了吗（相对论时空观）？我的答案同样是否定。

既然我们知道了万事万物的时间是由自身的运动状态和变化来决定的，那么你就不能用某一个或者某些个惯性观者的同时面来表示出宇宙万物的所有时间。打个比方，把同时面比作土豆片。你可以把土豆切成土豆片，但你不能说土豆是由土豆片构成的。从这个角度来说，爱因斯坦的理论是不完善的。

我们要引起注意，从古到今，我们的观察和实验在时间上都是以观者的时间为依据。在绝对时空观中，在只有一个绝对时间的情况下，我们以谁为依据都一样，所以我们自然会选择采用以观者的时间为依据。那么到了相对论时空观后，我们仍然只记得以观者的时间为依据。其实这个依据并不牢固。并不总是能反映客观世界的时间状态。与之相反，承认被观者的时间，并且将他放在与观者时间同样重要的位置，采用适当的方法，重新表述观者与被观者的时间，会对观察和实验造成重大变革。这是一个重要的思想上和方法上的认识。如果你对以上分析有了深刻的领悟，那你将具备颠覆常识的能力。换一种观察和实验的思维和方法，引入终点现象，使推出时间超距作用成为可能。

B：

前文我们提到过万事万物的时间是由自身的运动状态和变化来决定的；

时间有两个基本作用：记录历史和比较快慢先后。

如果你已经深刻理解了我们对时间性质、定义的分析，那么你将会开始质疑。

当我们说两个物体在空间中重合时，我们的意思是这两个物体之间的距离是0.

当我们说两个事件在时间上同时，我们会不会也把他们放在同一历史时刻上呢？当然会。这是我们一直以来的做法。

这里有一个逻辑上的缺陷。

事件在几点钟发生了，我们就将事件记录在几点下。这种观测方式起源于绝对时间。

但是当我们知道时间不再唯一绝对之后，我们记录事件的时间是采用哪种？是自己的时间？还是事件发生当地的时间？

事件发生的时间坐标究竟是观者自己的时间坐标还是观者观测到的事发当地的时间坐标？

就像下面这样，我们类比于空间坐标。

事件发生的空间坐标究竟是观者自己的空间坐标值还是观者观测到的事发当地的空间坐标值？

作者认为，二个都应该是后者——当地坐标值。

在从绝对时空向相对论时空的演化过程中，还有个问题值得思考。

绝对时空观下，观者发生观测时，在观者的时空坐标体系中，被观者的时空位置和同一时刻被观者当地所发生事件的时空位置重合，也可以说两者不必区分，其实是一个时空点位置。

如果仅仅是绝对时空的空间坐标，则坐标的变换并不受限。但是若加入闵氏时空并用空间表示的时间坐标，则坐标变换就一定是受限的。（或者说是要约定同时。事实上无法约定。）

同时性的相对性不仅仅动摇了绝对时空，而且动摇了我们对时间的理解。试想一下，我们如何将整个惯性参考系中每一处的标准钟设定为同时？是比钟，是对表。那比钟对表之前参考系各处的时间如何呢？我们不得而知。所以比钟和对表只是把各处的时间假定为同时，或者说是约定为同时。

我们都知道在时间上同时是一件非常重要的事情。但是“同时”根本就是一个假设或者说是约定。（这一点是从历史的角度来说的）

什么是从历史的角度来说“同时”是一个假设或者约定？

同时性具有如下两重含义：

第一点是我们普通意义上的同时。

1、同地同时：根据我们对时间和事件的定义，在任何时刻上发生的事件均会造成某种变化，这样的变化会对观者产生影响。若多个事件在同地发生，则意味着这些事件会分别对同地的观者产生瞬时影响。据此，我们这样定义同地同时，若观者无法区分出与自己处于同地的多个事件发生的先后顺序，那么，观者将认为这些事件是同时发生的。亦即观者无法对这些事件排序。

简单来说，同地同时是指多个事件发生在同一个地点，而且对于同地观者来说，事件发生的时刻完全相同。

比如：一扇门，我往外推，推开后我走出去；而你往里推，推开后你走进来。但是当我们说我俩同时推这扇门的时候，往外推和往里推这两个事件就同时发生在了同一个时刻，并且作用在这扇门上，结果门就不会被推到里面，也不会被推到外面。这就是因为两个事件同时发生。

同地同时发生的事件在测量上具有绝对性。任何观者都会认为事件是同时发生的。

2、异地同时是指在某一个观者的观测中，不同地点发生了多个事件，这些事件发生的时刻均位于观者的一个同时面上。就是说此观者通过观测和计算得到事件发生的时间为同一时刻。

异地同时分为相对静止的异地同时，这种异地同时正是爱因斯坦所定义的异地同时。还有一种是具有相对运动的异地同时，这种异地同时具有同时性的相对性。

以列车吊灯实验为例：一辆向左行驶（假设接近光速，相对论效应显著）的列车的一个长方体车厢中，其天花板中央吊着一盏关闭的吊灯，吊灯下面站着实验员A；该节车厢外在站台上有一个实验员B与实验员A站在同一直线上；若实验员A、B同时测量吊灯打开后光线（两条光线在同一直线上，并垂直于车厢两侧平面，平行于车厢其余四面）照射到车厢左右两边的时间，那么两个实验员测得的结果会不同：

1.对于实验员A，他的参考系为车厢，因此吊灯相对于车厢是静止的，所以光线照到车厢左右两侧的时间是相等的，就是同时到达。——若设车厢长为L，光线到达车厢左右两侧的时间分别为t1、t2，由光速=c，则有：t1= ½ L/c=t2= ½ L/c.

2.对于实验员B，他的参考系为站台，因此吊灯是运动的，其运动状态与列车车厢相同，考虑到光速不变原理，则此时光线照到车厢左右两侧的时间是不等的——因为向左的光线由于与车厢左侧同向运动，向右的光线与列车相向运动，由基本的追及问题原理可知，两个在同一直线上匀速直线运动的物体，速度慢的追及速度快的时，相向而行比同向而行所花的时间少——若v1>v2,s 0，则s/(v1+v2)

由此可见，在判断两个事件是否同时发生时，需要考虑对参考系的选择。参考系的选择不同，情况也不同。可以说，事件发生的同时与否，不同的观者会给出不同的答案。

第二点是指从历史的角度来说“同时”。

我们的钟表是用来表示时间的，当然可以记录历史。当我们说几个事件同时发生，就是说这几个事件发生在具体的某个年月日时刻。比如公元2018年11月29日的北京时间的1时1刻。

比如上文提到的推门事件就发生在公元2018年11月29日的北京时间14点30分20秒。

再比如列车吊灯实验是发生在公元2015年5月20日的北京时间的9点30分40秒。

推门事件是同地同时，具有绝对性。

列车吊灯实验是光到达车厢左右两侧，对于实验员A是异地同时。对于实验员B来说并不同时。

分析一下，为了定义车厢这个惯性系的时间，实验员A在车厢各处都放满了标准钟，然后进行比钟，把各处的标准钟都调成同一时刻。这里的时刻指的就是历史时刻：某年某月某时某刻。车厢左右两侧当然也各有一个标准钟记录着历史时刻。当光到达车厢左右两侧的时候，左右两侧的钟表自动记录下了时刻。从实验员A的角度来看，车厢左右两侧的钟记录的时刻和自己通过观察再计算去除信号传播时间的影响所得到的时刻是一致的。

同样为了定义时间，实验员B会在地面上摆满了标准钟，然后比钟，将各处的标准钟都调成同一历史时刻。这时候他观察车厢里的钟包括车厢左右两侧的钟根本就没对准。因车向左方向运动，所以实验员B认为车厢左侧的钟比右侧的钟快。（这里的快不是指走时率，而是指左侧的历史比右侧的多了一些时间。比如左侧是6点，右侧才5点这个样子）。用狭义相对论计算一下，虽然实验员B观测到光不能同时到达车厢左右两侧，但计算结果显示车厢两侧标准钟记录的光到达的时刻是同一时刻。这是因为实验员B观察到光向左右两侧行进的距离虽然不同，但左右两侧的标准钟的快慢也不同，正好使得光被记录为同一时刻到达。

我们换个思路，可以强行将车厢里的标准钟与地面的标准钟比钟，使得车厢里的钟在B看来是同时的（理论上可行）。这时B观察光向左右两侧运动，得到的是车厢左右两侧的标准钟记录光线到达的时刻是不同的。可见无论怎样比钟，在B看来，光到达左右两侧都不同时。

通过以上分析可知，无论我们采用哪一个观者的比钟方式，都不会改变事件本身。甚至实验员A在车厢比钟时，可以故意将车厢左右两侧的标准钟调整到差1天，这样历史时刻相差1天的两个事件依然是同时发生。可见在历史时刻上的同时与否并不能影响事件本身。所以在历史时刻上的同时只是一种假设，或者说是约定。

看到这里大家会说这是自添烦恼，把两个钟调成同时不是更简单实用么？没错。但是以上分析告诉我们：

1.在历史时刻上的同时与否并不能影响事件本身。所以在历史时刻上的同时只是一种假设，或者说是约定。

2.同时性的相对性说明同时性只有指定了观者才有意义。换言之，没有观者，就无法定义同时。（广义来说是如此）。

让我们想起了量子力学中薛定谔的猫。猫的死活是由观不观察决定的。也就是由观者决定的。

事实告诉我们观者具有某种特殊性。

这两个和时间相关的判断都与观者有关。观者对于时间上事件的判断有着特殊性的作用。

C：

下面的这个例子更具有说服力。

在国际日期变更线上进行一场拔河比赛。西边队伍是11月30日，东边队伍是11月29日。无论哪一边的观者都会记录下这一奇怪事件：同一事件在两边处于不同的历史时刻。

把拔河这件事抽象化：一个点，左边和右边的历史时刻不相同，就是说空间图是一样的，但是有两条时间线。我们可以尝试用一个观者的时间线同时表示两边的时间。

我们得到了一个具有启发意义的思路：用一个观者的时间线表示不同被观者的时间，两边的时间空间图合并成一张，能够被东西两边的观者共用。可以看到在这样的时间空间图中，处于不同历史时刻的被观者即便位于同一地点，他们在时间上依然有间隔。看第二张用光程表示时间的图更明显：空间上重合，但是光程上有距离，却并不影响事件发生的同时性。对于这种情形的描述是在时间上发生了超距作用。事实上时间超距作用在约定好各个被观者时间的历史时刻的情况下是存在的。而且由于万事万物的时间各不相同，这种超距作用是普遍存在的。

在这样的时间空间图中，我们还没有约定如何标记事件是同时发生的。这个会在以后论述的假设中进行约定，即重新定义一个所谓的四维同时。先不细说。

另外的补充：

要在逻辑学上和哲学上补充一下，用一个观者的时间线表示所有被观者的时间

这样看似会造成一个很严重的逻辑错误。有人会问，观者的昨天会和被观者的今天在同一空间点上，那么是不是说观者昨天的历史要和被观者今天正在发生的历史发生重合，从而互相改变呢？

不会的。还记的我们对时间的定义吗？时间是描述万事万物运动变化的。每一个被观者都有自己的时间。事物的运动和变化根本就是个动态的过程，不会像所谓胶片人生那样被保存下来。变化过了，就不会完完全全的回到过去。所以我们人类以及整个宇宙都是处于现在的状态下，向前发展变化着。历史不会被保存，未来也只有运动变化到了那个时刻才会出现。

什么是现在?宇宙万物都在运动变化着，各自有着各自的变化，有时还互相影响。每个事物都有其自身的变化特征。我们就是用它们自身的变化特征抽象出它们自己的时间来。

打个比方：地球一直在转动。可是我们不会把昨天的转动或者前天的转动说成是现在，为什么？因为地球在转动这件事和你头脑中的物质变化一直在进行是一样的。你的思想意识，感觉，触觉，听觉等等感观一直在接收着外界的信息，然后处理。而地球的转动是一个持续的过程。当你头脑正在接收和处理地球正在转动的信息时，地球转动肯定处于一个不同于昨天和前天的位置和状态，那就是处于今天，处于现在的位置。

仔细想想，所谓的“现在”一直是向着未来在飞奔着，永不停息。这正凸显了人的思想意识也是一个动态变化的过程。当两个或多个动态变化过程发生相互影响时，他们就会对“现在”达成共识。

现在是一种特殊的同时。同时的概念是指对于观者来说，事件发生的时刻完全相同。这样的同时可以是现在正在发生，也可以是已经发生过了。而现在就只能是正在发生和进行的同时。

有了这样的认识就会豁然开朗：整个宇宙只有现在，根本就不存在过去和未来。所以根本就不可能回到过去。也不必担心一不小心就穿越了。

在宇宙中，存在什么，现在就是什么。存在就是现在。过去已经消失，未来还未曾出现。

最后，看一下相对论是如何处理终点现象的。

观者在进行第一次观测之时，要对观者和被观者做出历史时刻的假设或者说约定（就是初始设定）。常常是假定历史时刻为同时。比方我作为一个惯性参考系的观者，我在观测之前，会假定和我相对静止的所有物体（还有和我在空间位置上重合的所有物体）的历史时刻为2018年12月2日北京时间 21点30分23秒（就是以我手中的标准钟为准，通过比钟和对表来统一时间），然后开始计时，进行观测。

我们规定了观测的起点，但是由于在观者看来，各被观者的时间流逝速度并不相同（狭义相对论钟慢效应），所以在观测的终点，各个物质的历史时刻不再完全相同。这就是时间流逝上的终点现象。

狭义相对论采用闵氏时空图是这样解释的：在闵氏时空中，用世界线的线长表示固有时，它是真正经历过的历史长度。从观测的起点开始到观测结束，整个观测是处于开始和结束这两个观者观测时刻的三维超曲面之间。所有被观者和观者在经历这段时间时，他们走过的世界线的长短各不相同。而观者的世界线最长（闵氏时空），所以观者会发现其他被观者的时间会变慢，走过的时间少。但由于所有被观者和观者从观测的开始到结束一直处于同一个观者假定的同时面上（闵氏时空中坐标时相同），所以在闵氏时空图上，时间流逝的终点现象被世界线的线长给掩盖了。就是说固有时虽然各不相同，但各个被观者的坐标时总是同时的。

如下图：

至此，我们的准备工作做完了。

总结如下：

一、探讨了时间这个概念。

二、用光程表示时间，构造了一个具有时空二项性的维度，结合三维欧氏空间，形成新的表示时空的方法。

三、通过分析相对论中的时间性质，得到相对论时间观是一种胶片人生。

四、终点现象推广到时间上。

五、同时性的相对性的重新分析。尝试在一个观者的时空参考系中表示出所有被观者的时间，会产生时间超距作用。