绝对时空与相对时空的“兼容”与“不兼容”分析2

案例一：在一辆从左往右高速运动的正方形动车里，头部顶部的A点（A点贴近侧壁，车内正下方是E点）在地面时钟为0时，撞击地面隧道的a点（地面上的b点在动车底板的水平线上，并位于a点的正下方），Aa同时发出火花，A同时朝E点发射一个小球。

a“看到”Aa闪动时发出的光子，在地面ab线传播的路径，和在车内aE线传播的路径，将构成“直角三角形”的垂直边和斜边。

假如我们有了新的技术，在b点和E点放置遇到Aa发出的光子就爆炸的炸药，而且检测到了b点和E点在经过时间t后，在同一地面时间发生了爆炸（爆炸时E到达了地面e点）。那么狭义相对论是否被推翻？

完全不会。我们可以根据相对论的有关原理分析如下：

b点和E点如果在同一地面时间接收到了Aa发出的光子，我们用“光速不变”原理进行反推，就会得出两种可能：1.Aa向动车内部E点发射光子的时间要早于Aa向地面b点发射光子的时间（可参考：一节动车的头部和尾部在车内视角下同时向中点o点各发射一个光子并同时击中o点，o点只有同时接收到动车头部和尾部发出的这2个光子后才会发生爆炸。在任何惯性参考系中观测，o点爆炸是必然的，地面会“推导”出动车尾部先于动车头部发射光子）；2.A、a的发光位置到Ee相撞点e点的距离变短了。这两种可能本身符合相对论“时空具有相对性”的假设。

当光子经过时间t到达E时，尽管地面会观测到E和e在同一位置，但在A“看来”，地面上的e和动车上的E并不是同时的（我们也可以认为地面上的e点由于运动的地面发生了“长度收缩”还没有到达E点），因此，当E接收到Aa发出的光子时，地面e点根本无法接收到Aa发出的光子。

有人会提出反对意见：在地面上看来，Ee接触时是“同时同地”的，如果E撞击到地面e点，E和e撞击发出的光子形成一个火花团。那么A是否会看到E和e发出光子的位置出现在不同的地点，并形成2个火花？

当然不会。

我们让时空“倒放”，我们设定动车上的E点和地面上的e点接触时二者是“同时同地”的，那么我们会反推出动车上的A点和地面上的a点在“撞击”发光时，A和a的时钟读数（年龄）完全不同。既然Aa需要时间读数不同，E才能看到它们在同一地点发光，那么E点和e点也需要时钟读数不同（年龄不同），动车上的A才能看到Ee的发光位置会位于同一位置。

在动车上的E点看来，Aa发出的火花团的位置会位于E点和e点“相撞”地的正上方。但是，e点正上方的“a点”在地面系是找不到的，“a点”只能通过光速不变反推出来。我们可以认为动车上的A点和地面上的a点出现了“隔空撞击”。也就是说，“物体在同一时间点（同一年龄）可以位于空间中的多个位置”。大家可以通过以下案例来辅助理解：一束手电光射入水池后，红光、蓝光会散开落在水池底板的不同位置，但是，我们在空气中看到水池底板的手电光斑和手电照射在地面上的手电光斑不会有任何的区别。

在相对时空中，地面e点“看到”的在动车里面自由落体的小球，在动车里面并没有实现“伽利略速度叠加”。而地面之所以能测量到小球在时间t里跑了更多的距离，是因为小球在动车里的A点被提前发射了。

有人也许会反对：“动车上的小球如果击中地面上的人，会感觉更痛呀！”我们其实可以这样理解：这是因为小球由运动转变为静止时，小球的“时间流逝速度”会改变，这会产生“时间膨胀张力”，这还等效于一个质量更大的小球以相同的速度撞击检测者。

案例二：从左往右边运动的正方形动车长100米，头部下方为A点，尾部下方为B点。轨道上的a、b两点长100米。在静止状态下，A点接触轨道的a点，B点接触轨道的b点。我们在a点加上只有在接触到A时才会发出火花的火药，b点也加点只有接触到B时才会发出火花的火药。

动车运动经过a、b两点，在低速情况下，我们是可以看到a、b同时发光的。如果高速运动的动车收缩成60米，a、b两点会在地面时间体系中同时发光吗？

正确的答案是，无论动车是以什么样的速度运动，a和b在地面惯性系都会同时发光。

理由如下：

a和b同时发光，意味着事件1（A触碰a）与事件2（B触碰b）在地面是同时发生的（发生时a、b同龄），按照相对论“同时的相对性”理论，在动车上的人看来，事件1（A触碰a）与事件2（B触碰b）并不是同时发生的，而是一先一后发生的（可参考爱因斯坦火车思想实验）。因此，地面上的观测者会“看到”，地面同时发生“事件1”和“事件2”时，动车尾部B点的“年龄”会大于头部A点的“年龄”（动车首尾A、B两点的时间读数不相同）。而“首尾时间读数相同”的动车要实现一先一后撞击地面上的b点和a点，其首尾A、B两点的距离（也就是动车的长度）必须发生变化。

在地面“看来”，动车上A和B的“年龄”如果要保持一致，按照相对论的有关公式计算，A、B之间的距离（也就是动车的长度）需要收缩成60米（车内观测动车仍然是100米），当B点运动到了地面b点，我们会计算出和B“同龄”的A点正位于地面上距离b点有60米的d点。

我们在d点也加点只有接触到A点时才会发出火花的火药。按“常规推理”，b发出火花的那个时间点，d也会同时发出火花（这是“火车过隧道悖论”的解释观点）。问题是，收缩成60米的动车上的A和B的“年龄”实现了相同，但“同龄”的A和B分别对应的地面上的相距60米的d点和b点的“年龄”却又不相同了（同时的相对性），动车上的人要“看到”地面上的b和d保持相同的“年龄”，bd之间的距离（也就是地面上两点的长度）同样会收缩（相对论具有“对称性”），因此b发出火花的那一刹那，d并不会同时发出火花，因为d点早就被A碰撞过了。

正确的解释是：收缩的动车尾部的B先撞击地面b点，之后是动车头部的A撞击地面a点，这两个在动车惯性系里“不同时”发生的撞击事件，会在地面惯性系体现为“同时”发生的两个撞击事件（地面检测到的是首、尾年龄不同的长100米的运动的动车，而不是长60米的动车）。

案例三：一辆50米长的动车（假设动车是一个整体，且是刚性的）在高速运动的过程中，掉入30米高的悬崖（悬崖下方是水平的平原）。在考虑动车出现动尺收缩的情况下，“动车头部D点撞击地面的地点离悬崖边缘的距离”是比牛顿物理所计算的位置要近还是要远？

由于动车车头的速度（无论多快）是经过地面观测者准确测量了的，否则就得不出其在地面的精准速度（注意：这里只能通过同步时钟“计时”加“撞线”方式测速）。收缩的动车和地面本质上无法对比长度。

正确的分析是：在地面看来，收缩的动车头部D点下降的速度以及对失去尾部重力支撑的感应时间，会伴随着“钟慢效应”而变慢（高速运动的动车里面自由落体的小球，到达底板的时间会延长），这会导致动车头部D点能在空中停留更久，并能在空中跑更多的距离，这部分“因钟慢效应而跑出的更多距离”会让动车头部抵消“动车因收缩而少跑的距离”。在动车“看来”，动车的牛顿速度越快，动车上的人观测到的反向运动的地面会收缩得越厉害，收缩得越厉害的地面移动的速度也会越慢。最终，牛顿物理和相对论，都会得出“动车头部撞击地面的地点会完全相同”的结论。

当你跨过一个水沟时，牛顿物理认为，你的水平速度越快，你跨过1单位距离时下降的垂直距离就越小；但相对论认为，你的水平速度根本不会影响你跨过1单位距离时下降的垂直距离，只不过是你的水平速度越快，你“检测到”的水沟的宽度会越窄，你更容易跨过而已。

结论：光速是否恒定，是人类认识物理现象的立场问题。我们可以用光速（这里的光速是指光子相对于光源的速度）可以叠加来分析：当位于坐标X轴0点的静止光源G向X轴的右边发射一个光子，B在X轴0点的右边沿着X轴向0点以速度v匀速运动，并在到达0点之前接收到了这个光子。在地面“看来”，这个光子会叠加上B的相对速度“-v”（叠加的相对速度取决于接收者B的运动方向：若朝着光源运动，B感受到的光子的“等效质量”增加，光子在地面“看来”叠加的速度为“-v”；若B远离光源，B感受到的光子的“等效质量”会减少，在地面“看来”叠加的速度为“+v”），当B接收到这个光子时，B检测到的光子相对于自身的速度仍然为光速常数。这种现象我们可以称之为“光速的逆伽利略速度叠加”。

值得注意的是，射向被运动的B接收的光子，无法被和0点的光源保持静止的物体检测到。这种现象可称为“光子发射的惯性隔离”。

如果接收物B在X轴的右边保持静止，光源G在X轴上从0点向B点运动，那么B“观测”到的光子的“等效质量”会增加（光波频率提高），光子一方面会叠加B的相对速度“-v”，另一方面会叠加上光源的相对速度“+v”，两个速度相抵后，光子的速度仍然保持光速常速。我们也可以认为光速同样适应“伽利略速度叠加”。

设位于坐标X轴0点左上方的A（坐标点为a）在0秒时闪动了一下，此时，位于0点左边的C正沿着X轴向0点匀速运动。A发射的一个光子包经过1秒时间到达0点，此时，C也刚好到达0点。如果A连续闪动，C在坐标0点实际接收到的光子携带的时间戳会“老”于0点“看到”的光子的时间戳（如果0点接收到的是时间戳为0秒的光子，那么C在0点接收到的是时间戳为0.1秒的光子。光子实际上已被替换）。

A射向运动的C的光子在叠加上C在水平方向的矢量相对速度的同时，还会发生“正射斜走”效应：我们假设A在0时向位于c1位置的C发射一个形状为“→”（箭头指向c1）的光子，C在运动的过程中，光子“→”会保持原有的指向不变（箭身和Ac1的连线保持平行），当C在0点接收到光子“→”时，C看到的光子的运动路径和Ac1的连线是平行的，看到的A会出现在Ac1连线的平行线上，C看到的光子传播的距离完全等于Ac1连线的长度，而地面“看到”的光子的运动路径却是A0连线（由于C看到的A的位置，和0点看到的A的位置并不重叠，这类似折射现象，我们可以称这种现象为“光的运动折射”）。

http://epaper.sxkjbs.com/epaper/itemid-71892.shtml