在神话传说里,木头可以修炼成妖精。在爱因斯坦狭义相对论里,“尺子精”、“钟表精”让神话传说成为了现实。
尺缩、钟慢是狭义相对论的推导结果之一。这种推导的场景是:物体以接近光速的速度运动。这种推导的前提是:惯性系平权。
天才的爱因斯坦在自己的思维意识里,以“惯性系平权”、“运动速度接近光速”为前提,结出了“尺缩、钟慢”的果实。
“尺缩、钟慢”后来被实验证实。但是,爱因斯坦在没有实验的情况下,通过纯粹的逻辑推理就得出了这个结论。其中的神通犹如“算命先生掐指一算,就可以看见求助者的前生、预见来时。”
惯性系平权,在本质上是一条显而易见的公理。如:在地球上,太阳每天从东边升起,在西边落下;在地球上、在自然界、在无人为干预的前提下,水往低处流;……
大江大河上行驶的船舶、大街小巷里来往的车辆,都可以被用来验证“惯性系平权”。什么是惯性系平权?在一个视觉屏蔽环境里,在匀速(速度是矢量,有大小、方向两个维度)运动的前提下,相对运动物体零速度的观察者无法感知运动物体相对零运动参照物的运动。
换一句话说:船舶或车辆在匀速运动时,视线被窗帘蒙蔽的乘客感觉不到车或船的运动。
狭义相对论以“惯性系平权”为前提的意思是:在接近光速等非匀速高速运动时,运动物体上的观察者会有“低速匀速运动”惯性系中的体验。
在惯性系平权、运动速度接近光速的前提下,为何会出现观察者角度的“尺缩、钟慢”效应呢?
首先从反证的角度看。如果没有尺缩,在运动物体的运动质量增加(在狭义相对论中,在光速不变及光速是速度极限的前提下,推导出运动质量会随着运动速度的增加而增加)的前提下,体积会无限增大(物体的质量=体积x密度,密度是物体结构的重要标识特性,不能改变)。体积不断增大,就是一种明显的运动,显然不符合“惯性系平权”。
另外,没有钟慢效应,运动速度变成光速只是时间问题(运动速度=初速度+加速度x时间。运动速度越快,钟慢效应越厉害,在此消彼长间,钟慢会无穷大。在极限情况下,时间会停止,从而运动速度永远无法成为光速)。没有钟慢效应,运动速度会无限增加,运动速度无限增大,运动质量就会无限增大,运动质量无限增大,运动物体的体积就会无限增大。
然后,从正向推理。相对论的时空是四维时空:描述物体静止状态的长宽高、描述物体运动状态的时间(时空和空间都是运动)。
惯性系平权,从另外一个角度看,就是“四维时空的稳定性”。要维持这种稳定性,就需要一些现象对冲“运动速度增加带来的运动质量增加”效应。而,尺缩、钟慢这套组合拳正好有这种对冲功能(对冲逻辑与反证中的逻辑相同)。
尺子、钟表有了“入乡随俗”的能力,这种能力与观察者的意识等权。是高速运动赋予了它们等权的意识。低速运动同样也赋予了它们类似的等权,只是我们察觉不到、忽视了而已。