相对论中的“钟慢尺缩”效应，如何理解？
科学探索家2020-02-28 00:10
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狭义相对论自诞生以来，就以颠覆常识著称，所以我们要是想用一般的生活常识其理解狭义相对论中，基本是不可能的，否则怎么还能称得上颠覆了牛顿的绝对时空观呢？
首先我们得先来谈谈什么叫做生活常识
太阳东升西落、月有阴晴圆缺、抛向空中的石块会掉落等等这些都可以被称为生活常识，而最初的物理学正是建立在这些生活中习以为常的事物之上，去总结不同事物中所共同遵守的规律，再借由这些规律去指导生产活动。
在这样的基础上，伟大的物理学家牛顿产生了一种被现代称之为绝对时空观的理念，牛顿认为空间与时间是相互独立的，各自互不影响。为了对应题目，我们举个这样的例子：
在一辆行驶着的列车上，摆放着一个走时精准的机械钟，以及一把刻度达一米的量尺，同样的，位于地面的站台上也摆放着一个机械钟和一把量尺，两台机械钟和两把量尺都是一摸一样的，其中在列车还没有出发时，两台机械钟已经人为调试好（所指时刻相同，精确无比），分别摆放两地。
那么当列车运行后，试问两台的机械钟所指读数是否一样？两把量尺的长度有无差异？
这问题太简单，显而易见，两台机械钟和两把量尺仍旧是一样，不论是指针读数还是量尺长度。我相信大部分人都是这么想的，甚至于即便将这道题作为物理题摆放到考卷上，在大学前的阶段，正确答案也是：完全一样。当然了，虽然不会真的有物理题像这样出，但绝大多数的物理题都是建立在这样的基础上的，这些物理我们称之为经典物理（这属于早期说法，因为后来划分经典非经典都是按照是否涉及量子理论，也就是将“经典”二字等同于“非量子”，所以单纯的相对论是属于经典物理学的）。
上述的回答也可以说是，按照生活常识进行的回答，这一点无可厚非，因为这个问题，你拿去问任意一个没有学过相对论的人，相信你得到的回答都是一致的：机械钟和量尺都没有任何差异变化。
既然生活常识无法帮助理解“钟慢尺缩”效应，那么我们该如何入门的呢？
很简单，只要你承认一条原理即可——“光速不变原理”，对于入门来讲，你可以将其理解为真空光速不叠加，也就是说不论光源身处怎样的环境下，有可能光源相对于你的速度很快，也有可能很慢，但所有光源发出来光，光速相对于你来说都是一样的，大约为每秒30万公里。
实际上，上段描述中很难理解的就是为什么不同运行速度的光速，发出的光的光速都是一样的呢？
平时要是问你：一个人拿着枪，在行驶速度为每秒20米的汽车上，朝行驶方向往前射出一颗子弹，那么子弹的速度就是原先静止射击时的子弹速度（假设每秒800米）加上车速每秒20米，也就是820米每秒。
这一点本无可厚非，也可以说是属于常识的一种（实际上可以归属到伽利略变换上去），但为什么光就如此不同呢？既然时为了入门狭义相对论，那么刚才也说了，你只需要承认这是一件事实即可，所以你不必了解这背后的原因（实际上是因为科学家至今也不知道为什么，但老是追问为什么根本毫无意义，就会陷入一个死胡同，试问你能回答宇宙为什么存在吗？很多人把物理当作打破砂锅问到底的底，实际上物理只是为了找规律而已）。
现在你以及知道并且承认了光速不变原理，那么接下来理解钟慢尺缩就会容易很多，一个简单的例子，如果我们将列车里的机械钟换做光源，按照车内人员的视角，这个光源垂直于地板，朝着车厢顶发射光线，很显然，这条光线是一条垂直于地板的光线，然而这件事对于站台上的人来说，情况就不同了，由于列车是运动着的，因此这条在车内人员看来是竖直的光线，在站台上来看，却是一条斜线。
如此一来，光线所经历的路长长短，在不同参考系看来却是不一样的，但有一点是不变的，那就是光速，简单推导一下，我们就能得出钟慢公式。
实际上，通过光速不变原理以及狭义相对论中的另一条原理——狭义相对性原理，我们可以用数学手段推出一个基本的时空关系，而这个时空关系就可以推出狭义相对论的一切我们熟知的结论，其中就包括钟慢尺缩。
简单来说，相对于一个观测者来说，运动着的物体，其内部时间流逝变慢，物体运动方向长度变短。
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