狭义相对论讲义之同时的相对性

狭义相对论讲义之同时的相对性
材料：“同时”的相对性 假设一列很长的火车在沿平直轨道飞快地匀速行驶.车厢中央有一个光源发出了一个闪光，闪光照到了车厢的前壁和后壁，这是两个事件.车上的观察者认为两个事件是同时的.在他看来这很好解释，因为车厢是个惯性系，光向前、后传播的速度相同，光源又在车厢的中央，闪光当然会同时到达前后两壁（图甲）.车下的观察者则不以为然.他观测到，闪光先到达后壁，后到达前壁.他的解释是：地面也是一个惯性系，闪光向前、后传播的速度对地面也是相同的，但是在闪光飞向两壁的过程中，车厢向前行进了一段距离，所以向前的光传播的路程长些，到达前壁的时刻也就晚些（图乙），这两个事件不同时. ——摘自《同时的相对性》宝坻教研网
以上就是我们对同时的相对性的标准语言解释。许多同学可以把原话描述下来，但自己思想上仍然不能理解。下面着重讲一下，我对同时相对性的理解。
首先，为什么车上的观察者认为两个事件是同时的？根据（或者说原因，理由）是什么呢？因为车厢是个惯性系，光向前、后传播的速度相同，光源又在车厢的中央，闪光当然会同时到达前后两壁（图甲）。原来根据的是车厢是个惯性系。因为车厢是个惯性系，所以光向前、后传播的速度相同，又因为光源在车厢的中央，所以闪光当然会同时到达前后两壁。简单说就是根据相对性原理，电磁现象符合相对性原理包括光速，所以在不同的惯性系中，光速不变，向各个方向传播的速度相同。
其次，为什么地面上的观察者认为两个事件是不同时的？我们应该这样解释：根据的是麦克斯韦方程组得出的光速不变，即c^2=1/(εμ)。光波的速度由真空介电常数与磁导率决定，在地面上的观察者看来，虽然光源是运动的，但光源的运动不能改变这两个量，所以光源的运动对光速没有影响，光向各个方向传播的速度依然是C。而火车是运动的，在闪光飞向两壁的过程中，车厢向前行进了一段距离，所以向前的光传播的路程长些，到达前壁的时刻也就晚些。
就是说车上的观察者认为光速的不变，是根据相对性原理得出的光速不变；地面的观察者认为光速的不变是根据麦克斯韦方程组得出的光速不变。这两者有什么不同吗？有的同学甚至认为狭义相对论中的光速不变原理讲的就是这两种光速不变的组合，光速不变原理包括‘相对性原理中的光速不变’和‘麦克斯韦方程组得出的光速不变’，光速不变原理就是光速绝对不变。其实，我个人对狭义相对论中的光速不变原理的理解是，光速不变指的是麦克斯韦方程组

得出的光速不变。
这两者有什么不同吗？假设两个光速不变是相同的，那么当车上的观察者用‘麦克斯韦方程组得出的光速不变’应该得出根据相对性原理得出的光速不变相同的结论，是这样吗？假设车上的观察者知道火车是运动的，那么根据麦克斯韦方程组得出的光速不变，火车的运动对光速没有影响，各个方向传播的速度都一样，但是火车前后壁是运动的，一个离光近了，一个离光远了，所以向前的光传播的路程长些，到达前壁的时刻也就晚些。
或许我们认为车上的观察者不能用‘麦克斯韦方程组得出的光速不变’，但我们理解了两个光速不变是不同的，甚至是矛盾的。
不同在哪里？麦克斯韦方程组得出的光速不变，指的是光源的运动对光速没有影响，光向各个方向传播的速度依然是C。这里光源的运动对光速没有影响指的是，光源的运动不能带动光与光源一起运动。光是从闪光的地点发出的，向各个方向的速度是C.而相对性原理得出的光速不变，指的是光源的运动对光速没有影响，光向各个方向传播的速度依然是C。这里光源的运动对光速没有影响指的是，惯性系的运动是惯性系中所有物体所共有的，光源与惯性系一起运动，光与惯性系一起运动，或许可以这样说，光源的运动能够带动光与光源一起运动。光是从光源发出的，向各个方向的速度是C.
如果我们只说‘光源的运动对光速没有影响，光向各个方向传播的速度依然是C’，那么我们有可能认为‘麦克斯韦方程组得出的光速不变’与‘相对性原理得出的光速不变’是相同的。但是，‘光源的运动对光速没有影响’是不同的，一个是，光源的运动不能带动光与光源一起运动；另一个却是，光源的运动带动光与光源一起运动。这是不同的，甚至是完全相反的，相矛盾的。所以‘麦克斯韦方程组得出的光速不变’与‘相对性原理得出的光速不变’是不同的。两者不能并列在一起，说成是一个光速不变原理。
两者说的是两个不同的物理现象。‘麦克斯韦方程组得出的光速不变’说的是光源的运动不能带动光与光源一起运动，例如双星现象，光行差现象等。‘相对性原理得出的光速不变’说的是光源的运动带动光与光源一起运动，例如迈克尔逊莫雷实验。地球的运动带动地球上的物体与地球一起运动，与伽利略大船带动空气运动一样，地球的运动是地球上的物体所共有的，这样介质与地球一起运动，光在运动的介质中传播的速度不变。就好比光在空气中的传播，与伽利略大船运动与否无关一样。至与没有介质的时候，介质变成真空，地球能不能带动真空或者真空运动的时候（

比如介质中的真空——举例，真空管）真空是否与介质一样，光在运动的真空中传播的速度不变，光在真空中符合相对性原理，或许现有的实验的论证还不是足够充分，我们需要足够的实验来验证。以太是不存在的，我们也许可以重新看一遍验证光速的实验，把以太的位置换成真空。
双星现象，光行差现象等说的是麦克斯韦方程组得出的光速不变，在不同的惯性系观察，使用的都是麦克斯韦方程组得出的光速不变；迈克尔逊莫雷实验等说的是相对性原理得出的光速不变，在不同惯性系看来，使用的都是相对性原理得出的光速不变。不能不同的惯性系把两者混用，向同事的相对性中一样。例如，在双星现象中光速不变说的是麦克斯韦方程组中的光速不变，光源的运动对光速没有影响，对不同的惯性系来说都是光源的运动对光速没有影响，光源的运动不能带动光与光源一起运动。而不是在一个惯性系看来是光源的运动不能带动光与光源一起运动，而在另一个惯性系看来就是光源的运动能够带动光与光源一起运动。例如在运动的火车上，火车的运动对光速没有影响说的相对性原理中的光速不变，说的是‘光源的运动带动光与光源一起运动’，不是‘光源的运动不能带动光与光源一起运动’。与惯性系的选择无关，不是，在一个惯性系看来是‘光源的运动带动光与光源一起运动’，而在另一个惯性系看来就是光源的运动不能带动光与光源一起运动’。把两者混用，是不对的。
光是一种波，光速是波的速度，是在介质中的传播速度。我们把光波在介质中的传播速度叫做光波自身的速度。而光与观察者或者光源的速度是光波自身的速度与观察者或者光源的速度的比较，是光波自身的速度与其他物体的相对速度。与此同时还有光波自身的频率和相对频率。就像力是物体自身的运动的运动状态发生改变的原因，力与惯性力是物体相对运动的运动状态发生改变的原因一样，光波自身的速度由光自身的性质磁导率与介电常数决定，而光波自身的速度与其他物体的相对速度由光波自身的速度与其他物体的自身速度共同决定。
就是说相对运动可变。例如光行差现象，就是光波自身的速度与观察者运动的相对速度，与光波自身的速度C是不同的。
参考文献：【1】《同时的相对性》宝坻教研网【2】天涯论坛《摆的等时性与同时的相对性》或者《同时的相对性与摆的等时性的分析》百度文库【3】《物理学中量的计算与相对论的关系》吴兴广【4】《伽利略大船类比地球有多大的类比度 》【5】《相对运动中力与参考系的关系》【6】《相对运动使用的是牛顿运

动定律的类似定律》【7】《运动是自身性质还是共性》缺少网
2013年11月19日9:19:16吴兴广