“时间是值得怀疑的”

我们经常在生活中用到“同时”这个概念。例如，“从北京开来的21次列车和从广州开来的52次列车，于中午12点同时抵达上海”，这是指两件事（“21次列车抵达上海”和“52次列车抵达上海”）在同一地点“同时”发生。又例如，“10月1日国庆节那天上午北京时间9时正，国务院在北京举行了国庆招待会，我国驻日本大使馆同时在东京也举行了国庆招待会”，这是指在两个不同的地点，“同时”发生了两件事。千百年来，人们对“同时”概念的这两种用法都习以为常，没有发生任何疑问。可是，爱因斯坦却对后一种“同时”发生了疑问。他说：“我终于认识到，时间是值得怀疑的。”他为什么要怀疑时间呢？

在第一种情况下，由于两件事发生在同一地点，我们只要用一只钟就能检查这两件事是否同时发生。然而，在第二种情况下，由于两件事发生在两个地点，就非得用两只钟分别记录下两个事件发生的时刻不可。细心的人会想到，这两只钟事先一定要相互校准一下，就像电影里战斗打响之前，司令员在下达命令时，总要求各位指挥员都对一下手表一样。

两只以上的钟要相互校准，必须依靠统一的信号，这信号可以是声音（例如，司令员说一声：“现在是8点正”，这就是对表的信号），也可以是光信号（例如，让灯光闪一下或几下），或是无线电信号，等等。

请读者注意，任何信号的传播都得花费一定时间。例如，司令员说“现在是8点正”时，他用的是声音信号。他的声音传到最近的一位指挥员（假定两人间的距离为1.7米）那里，约需要0.005秒；传到最远的人（假定距离6.8米）那里就需要0.02秒。

这个例子告诉我们，在两个地点用同一信号进行校钟时，必须考虑信号传播到两地的时间上的差异。这正是问题的关键所在，虽然离司令员最近与最远的人在接到对表的信号时有0.015秒的时间差，在通常情况下对此是不“计较”的，但是，在对时间要求十分精确的导弹发射中，这0.015秒的时间差可能会坏事。因此，我们自然会想到校钟最好用光信号。因为光的传播速度最快，达到每秒30万千米，迄今为止我们还没有发现自然界有哪一种信号传播得比光还快。

既然利用光作为校钟的信号，那么我们必须考虑光的传播特性。我们已经知道，在相对论中，光相对于一切惯性系的传播速度不变，而且光速是不可逾越的速度极限。我们来看看，光的这种传播特性会带来些什么意外的情况。