伯尔尼钟楼下的同时性

专利局每天都在处理同步装置

1905 年的爱因斯坦在伯尔尼专利局任三级技术专家。他审查电气装置，也与朋友在下班后讨论物理。欧洲铁路、电报和城市钟网正把“同时”变成工程问题：远处两只钟怎样对准？

经典物理默认时间在宇宙各处一致流动。电磁理论却要求真空光速不因光源或观察者运动而改变。爱因斯坦没有为光寻找特殊介质，而是重新检查“同时”这个看似无须定义的词。

设一列高速列车中央同时向车头和车尾发光。车内乘客相对光源静止，会认为两端同时收到光。站台观察者却看到车头远离光、车尾迎向光；由于两束光对他仍以相同速度传播，到达事件不再同时。

这不是信号延迟造成的错觉，而是不同惯性参考系对时间和空间分割方式不同。物理定律在所有惯性系相同，真空光速也相同，于是同时性、时间间隔和长度必须随参考系改变。

图示说明

静态物理图：bern_relativity_signal。

当相对速度为 $v$ 时，时间与空间通过洛伦兹变换联系，常见因子是：

\gamma=\frac{1}{\sqrt{1-v^2/c^2}}

日常速度远小于光速， $\gamma$ 几乎等于 1，牛顿时间仍是极好近似。高速粒子、卫星导航和精密钟却会显出差异。

相对论没有说“一切都是相对的”。它恰恰建立了更严格的不变量，例如所有惯性观察者测得相同的光速。被放弃的是一只藏在宇宙背后的绝对总钟。