火車思想實驗是愛因斯坦驗證狹義相對論時通過火車思想實驗實現這一目的。
基本介紹
- 中文名：狹義相對論
- 提出者：愛因斯坦
- 套用學科：相對論
理論精髓
狹義相對論的精髓
理解狹義相對論的關鍵，是同時性的相對性。愛因斯坦正是通過火車思想實驗實現這一目的的。在火車思想實驗中，愛因斯坦構想，有一列很長的火車，正在以一恆定的速度v沿著一直線軌道行駛。該火車的兩端分別為A和B，其中間點為M。火車從A向B方向行進（即A為車尾，B為車頭）。同時假定，在某一時刻t，與火車處於相同位置的鐵軌也存在三點A’、B’和M’（三點分別對應於A、B和M）。A’和B’處分別有燈L1和L2，並且L1和L2在t時刻同時打開。那么，L1和L2的光線到達火車中間點M處（假定在t時刻，M點和M’點是重合的）的時間孰先孰後，還是同時到達？
在這一思想實驗中，處於不同參照系中的觀察者，“看”到的結果是不一樣的。在以鐵軌為參照物的坐標系中，站在M’點處的觀察者“看”到的結果是顯而易見的：因為L1和L2到M’點的距離相等，光線傳播速度相同，所以L1和L2的光線將同時到達M’點。但在以火車為參照物的坐標系中，人們將看到一番完全不同的景象：因為火車正在以速度v向前行駛，即當光線L1和L2發出時，火車上的A、B、M和鐵軌上的A’、B’、M’三點重合，而當光線發出並向前傳播時，火車的中間點M同時正在以速度v遠離A’，向著B’點運動。所以，L1發出的光線到達M點的速度應該是c－v，而L2發出的光線到達M點的速度是c+v。那么，結果也就顯然是從B’點的L2發出的光線將先於A’點的L1發出的光線到達M點。
事實上，產生這兩個不同現象的原因是兩個不同的參照系的設定，以鐵軌為參照物的坐標系是一個靜止的慣性系，而以火車為參照物的坐標系則是一個處於運動中的慣性系。該實驗的最終結論為：在不同的慣性系中具有不同的同時性，即同時性的相對性。
