利维坦|关于时间存在的几个质疑( 二 )
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图2：在经典力学中 ， 上图为鲍勃在其参考系中观察到的情况 。 Medium
这是一个极其简单的模型 。 接下来 ， 让我们再加入一个物体 。 假设当时有一只猫和爱丽丝、鲍勃一起坐在咖啡馆里 。 就在鲍勃起身的那一刻 ， 猫也向着鲍勃的家以更快的速度跑起来 。 于是 ， 爱丽丝与鲍勃在各自参考系中看到的情形就如下图所示 。 
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图3：在经典力学中 ， 爱丽丝（左）与鲍勃（右）在各自参考系中观察到的情况 。 Medium
注意 ， 上图中出现了一个重要的特征：根据观察者的不同 ， 那只猫似乎在以不同的速度运动着 ， 那只猫的世界线在两张时空图中看起来完全不同 。 由于爱丽丝坐在咖啡馆里 ， 而鲍勃与猫正向着同一方向运动 ， 在爱丽丝眼中 ， 猫的运动速度会比它在鲍勃眼中的运动速度更快 。
在经典力学范畴中 ， 我们的错切变换完全适用 ， 但是当我们考虑到那些接近光速运动的物体时 ， 就会遇到一个麻烦 。
洛伦兹变换（LorentzTransformations）
从19世纪末期到20世纪初期 ， 物理学家们都在试图解释一个奇怪的现象：无论你是在朝着光源运动 ， 还是在远离光源运动 ， 可观测到的光速都是不变的 。
那么 ， 如果那只猫是以光速运动的 ， 又会发生什么呢？根据我们在上文中画出的经典力学时空图 ， 爱丽丝看到的猫肯定会比鲍勃看到的猫速度更快 。 然而在现实中 ， 爱丽丝和鲍勃都将观测到猫的速度是299792458米/秒 ， 也就是光速 。
为了解释这个光速不变的现象 ， 我们就需要一个不同的变换模型 ， 在新的变换模型中 ， 无论我们切换到爱丽丝的参考系还是鲍勃的参考系 ， 以光速运动的物体（那只猫）都应该维持其世界线不变 。 换句话说 ， 无论是爱丽丝还是鲍勃都应该看到猫正在以光速运动着 ， 即使爱丽丝与鲍勃之间并非是静止的 。
如果读到此处的读者并未理解文意 ， 请再读一遍 ， 并切实地理解这些概念——对于理解下文来说 ， 这很关键 。
于是洛伦兹变换就直接解决了该问题 ， 而这也是爱因斯坦狭义相对论（SpecialRelativity）的核心 。 在我们展开讲洛伦兹变换之前 ， 请先看一看下面的这张时空图 。 根据狭义相对论 ， 如果我们使用洛伦兹变换而非传统的错切变换来解释光速不变现象 ， 那么鲍勃就将看到如下情形 。 
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图4：根据相对论力学（RelativisticMechanics） ， 鲍勃将看到如上情形 。 Medium
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图5：根据相对论力学 ， 爱丽丝（左）与鲍勃（右）在各自参考系中观察到的情况 。 Medium
请注意以光速运动的猫的世界线 ， 注意到它在不同时空图中的差别 。 在图三中 ， 根据传统变换模型 ， 猫的世界线是在变化的 。 在图五中 ， 根据相对论的变换 ， 猫的世界线仍保持不变 。 下面则是描述该变换的方程式 。 
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图6：洛伦兹变换方程 。 Medium
如果（t,x）代表了在爱丽丝参考系中某一事件的时间与位置坐标 ， 那么该事件在鲍勃参考系中就会变成（t',x'） 。 在该方程式中 ， v是鲍勃相对于爱丽丝的运动速度 ， c则是光速 。
好了 ， 所以这个变换到底有什么了不起的？从此处开始我们的讨论将变得越来越有趣 。 在错切变换中 ， 变换后的时间与变换前的时间是同一个时间 ， 而变换后的位置也仅仅基于变换前的位置就可以确定 。 时间与空间在变换中是相互独立的 。 空间的运动与时间的流逝完全是无关的两个事件 。
现在 ， 再看一看洛伦兹变换的方程 ， 你会发现空间中的运动与时间的流逝是相互影响的 。 时间与空间不再是独立的个体 ， 它们不仅是相对的 ， 更是相互决定的！
从今往后 ， 单纯的空间与单纯的时间都注定会消散于阴影之中 ， 唯有二者的集合体可以继续保存一个独立的客观现实 。
——赫尔曼·闵可夫斯基（HermannMinkowski）
同步性的丧失
想象一下 ， 如果你是地球上王牌特工组织的头目 ， 你还获知来自仙女座（Andromeda）的敌对外星人文明正在计划着近期攻打地球 。 而且你发明了一种神奇的平板电脑 ， 并将2台这样的平板电脑分别交给了你手下最干练的特工 ， 亚当和夏娃 。 这种平板电脑可以播放实时直播 ， 并展示出仙女座星人军方会议中正在酝酿的任何阴谋 。
根据你的线人报告 ， 仙女座军方正要进行一次重要的会议 ， 会上将决定是否进攻地球 。 你也命令亚当和夏娃到你的办公室使用该设备将敌方信息报告给你 。 此时此刻 ， 你正和亚当一起坐在办公室里 ， 亚当拿着他的平板电脑 。 在亚当对着屏幕操作一番之后 ， 他报告说仙女座的军事会议刚刚开始了 ， 而且这些外星人军官们正在争论进攻地球计划的利弊 。
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