狭义相对论中对距离的测量也是依赖于观察者的。当我们在追逐 介子的宇宙飞船中,以高速经过一个外太空的鞋店时,一只原本是42码的脚(假设和飞行方向平行放置)在店员看来可能只有41码,而店员拿出的41码鞋子(平行于运动方向,以便更好地展示鞋尖和后跟的华美样式)在我们看来只有40码。(要达到这种效果,飞船和鞋店必须以大致1/3光速的速度相对运动。作为比较,美国宇航局(NASA)至今发射的最快的飞船——新地平线号(New Horizons)——正在以0.000 045倍光速,即光速的1/22 000的速度向冥王星飞去。)
而爱因斯坦发现了一个能为我们找到合适鞋子的方法。狭义相对论的一个关键概念,是宇宙中不存在一种定义唯一零速度的方式。我可以宣称我是静止的,你相对于我在运动,同时你也可以认为你是静止的,而我在运动;这两种看法是完全等效的。但是,不管是谁在移动,只能有唯一的鞋码适合我的脚。(或如爱用斯坦所述,物理法则对我们必须是相同的。)狭义相对论方程所做的,就是在彼此相互运动的物体间进行翻译工作。根据这一理论,鞋店的营业员可以在我高速经过时测量我的脚长,再根据运动速度来计算真实的尺寸。同样,狭义相对论也使我们可以从 介子的视角来计算它们的寿命,无论它们是静止在实验室中还是在进行高速运动。
爱因斯坦的狭义相对论根植于两个重要的假设。首先,真空中的光速总是相同的。它有一个固定的值,无论测量者是谁,也无论它运动得有多快。第二,物理法则对每个人都是相同的,无论他们在以多快的速度运动(只要是匀速运动,既不加速也不减速)。
为更好地理解第一个假设,我们不妨沿着爱因斯坦的逻辑,反过来假想光速确实会依赖于测量者的速度。这意味着如果我们正在和一束光以相同的方向和相同的速度快速前进,就应该能看到完全静止的光。(就像汽车中的物品——比如地图、杯座中的咖啡杯或是前排的坐椅——都不会相对我们发生移动,即使汽车正在以每小时120公里的速度飞驰。)但由于光是单纯的能量——它没有质量——因此静止的光是不存在的。我们没有任何办法让光停止,来看看它长得什么样。这个难题的唯一出路,就是坚持认为光总是以相同的速度运动(在真空中),无论是谁在测量。
