愛因斯坦第二假設

谷銳譯 原文︰Slaven

時間和空間

我們得出一個自相矛盾的結論。我們用來將速度從一個參照系轉換到另一個參照系的“常識相對論”和愛因斯坦的“光在所有慣性系中速度相同”的假設相抵觸。只有在兩種情況下愛因斯坦的假設才是正確的︰要麼距離相對于兩個慣性系不同，要麼時間相對于兩個慣性系不同。
實際上，兩者都對。第一種效果被稱作“長度收縮”，第二種效果被稱作“時間膨脹”。

長度收縮︰

長度收縮有時被稱作洛倫茨（Lorentz）或洛倫茨－弗里茨格拉德（FritzGerald）收縮。在愛因斯坦之前,洛倫茨和弗里茨格拉德就求出了用來描述（長度）收縮的數學公式。但愛因斯坦意識到了它的重大意義並將其植入完整的相對論中。這個原理是︰
參照系中運動物體的長度比其靜止時的長度要短

下面用圖形說明以便于理解︰

上部圖形是尺子在參照系中處于靜止狀態。一個靜止物體在其參照系中的長度被稱作他的“正確長度”。一個碼尺的正確長度是一碼。下部圖中尺子在運動。用更長、更準確的話來講︰我們相對于某參照系，發現它（尺子）在運動。長度收縮原理指出在此參照系中運動的尺子要短一些。

這種收縮並非幻覺。當尺子從我們身邊經過時，任何精確的試驗都表明其長度比靜止時要短。尺子並非看上去短了，它的確短了！然而，它只在其運動方向上收縮。下部圖中尺子是水平運動的，因此它的水平方向變短。你可能已經注意到，兩圖中垂直方向的長度是一樣的。

時間膨脹︰

所謂的時間膨脹效應與長度收縮很相似，它是這樣進行的︰

某一參照系中的兩個事件，它們發生在不同地點時的時間間隔
總比同樣兩個事件發生在相同地點的時間間隔長。

這更加難懂，我們仍然用圖例加以說明︰

圖中兩個鬧鐘都可以用于測量第一個鬧鐘從A點運動到B點所花費的時間。然而兩個鬧鐘給出的結果並不相同。我們可以這樣思考︰我們所提到的兩個事件分別是“鬧鐘離開A點”和“鬧鐘到達B點”。在我們的參照系中，這兩個事件在不同的地點發生（A和B）。然而，讓我們以上半圖中鬧鐘自身的參照系觀察這件事情。從這個角度看，上半圖中的鬧鐘是靜止的（所有的物體相對于其自身都是靜止的），而刻有A和B點的線條從右向左移動。因此“離開A點”和“到達B點”著兩件事情都發生在同一地點！（上半圖中鬧鐘所測量的時間稱為“正確時間”）按照前面提到的觀點，下半圖中鬧鐘所記錄的時間將比上半圖中鬧鐘從A到B所記錄的時間更長。

此原理的一個較為簡單但不太精確的陳述是︰運動的鐘比靜止的鐘走得更慢。最著名的關于時間膨脹的假說通常被成為雙生子佯謬。假設有一對雙胞胎哈瑞和瑪麗，瑪麗登上一艘快速飛離地球的飛船（為了使效果明顯，飛船必須以接近光速運動），並且很快就返回來。我們可以將兩個人的身體視為一架用年齡計算時間流逝的鐘。因為瑪麗運動得很快，因此她的“鐘”比哈瑞的“鐘”走得慢。結果是，當瑪麗返回地球的時候，她將比哈瑞更年輕。年輕多少要看她以多快的速度走了多遠。

時間膨脹並非是個瘋狂的想法，它已經為實驗所證實。最好的例子涉及到一種稱 為"介子"的亞原子粒子。一個介子衰變需要多少時間已經被非常精確地測量過。無論怎樣，已經觀測到一個以接近光速運動的介子比一個靜止或緩慢運動的介子的壽命要長。這就是相對論效應。從運動的介子自身來看，它並沒有存在更長的時間。這是因為從它自身的角度看它是靜止的；只有從相對于實驗室的角度看該介子，我們才會發現其壽命被“延長”或“縮短”了。?

應該加上一句︰已經有很多很多的實驗證實了相對論的這個推論。（相對論的）其他推論我們以後才能加以證實。我的觀點是，盡管我們把相對論稱作一種“理論”，但不要誤認為相對論有待于證實，它（實際上）是非常完備的。