相对论它变革了我们空间和时间的观念。
在牛顿理论中,如果有一光脉冲从一处发到另一处,由于时间是绝对的,不同的观测者对这个行程所花的时间不会有异议,但是空间不是绝对的,他们在光行进的距离上不会总取得一致的意见。
由于光速正是它行进过的距离除以花费的时间,不同的观察者就测量到不同的光速。
在相对论中,所有的观察者必须在光以多快速度行进上取得一致意见。然而,在光行进过多远的距离上,他们仍然不能取得一致意见。因此,现在他们对光要花费多少时间上应该也不会取得一致意见。
花费的时间正是用光速(这一点他们一致)去除光行进过的距离(对这一点他们意见不一致)。
换言之,相对论终结了绝对时间的观念!看来每个观察者都一定有他自己的时间测度,这是用他自己所携带的钟记录的,而不同观察者携带的同样的钟的读数不必一致。
时间用垂直坐标测量,离开观察者的距离用水平坐标测量。观察者在空间和时间里的路径用左边的垂线表示。到事件去和从事件来的光线的路径用对角线表示
每个观察者都可以利用雷达发出光或射电波脉冲来说明一个事件在何处何时发生。一部分脉冲在事件反射回来后,观察者可在他接收到回波时测量时间。
事件的时间可认为是脉冲被发出和反射被接收的两个时刻的中点:而事件的距离可取这来回行程时间的一半乘以光速(在这个意义上,一个事件是发生在空间的单独一点以及指定时间的一点的某件事)。
利用这个,作相互运动的观察者对同一事件可赋予不同的时间和位置。没有一个特别的观察者的测量比其他人的更正确,但是这些测量都是相关的。只要一个观察者知道他人的相对速度,就能准确算出他人会赋予同一事件的时间和位置。
现在我们正是用这种方法来准确地测量距离,因为我们可以把时间比长度测量得更为准确。
实际上,米是被定义为光在以铯原子钟测量的0.000000003335640952秒内行进的距离(取这个特别数字的原因是,它对应于历史上的米的定义——按照保存在巴黎的特定铂棒上的两个刻度之间的距离)。
同样地,我们可以用叫作光秒的更方便的新长度单位,这就是简单地定义为光在1秒中行进的距离。
现在,我们在相对论中按照时间和光速来定义距离,从而自然而然地,每个观察者都测量出光具有同样的速度(按照定义为每0.000000003335640952秒之1米)。
来源:霍金《时间简史》第2章