假设有一艘宇宙飞船以0.5倍光速离开地球飞行,飞船上船尾有个人A,飞船船头有个人B。A使用一把激光武器顺着飞船行驶的方向射向B。很快B被射中,一会儿就死去。
如果地球上有千里眼,能观察到宇宙飞船内的A用激光武器射向B,但是需要比飞船上更长的时间才能看到B被射中,因为在飞船上看,A发射的激光是以光速射向B,而在地球上看,激光只是以0.5倍光速射向B。所以,地球上要多一倍的时间观察这件事的发生经过,如果飞船上需要1秒钟,地球上就需要2秒钟。因此会出现这样一个中间临时状态:如果时间只过了一秒钟,在飞船上看,B已经死了,但是在地球上看,B还没死。
但是B终归会死,因为地球上不可能派超人飞去飞船,在B被激光射中前把他救走,因为超人不可能超光速。也就是说,光速产生的因果事件不可能改变或者逆转。
之所以选择飞船上的激光杀人事件,而不是其它,来说明时间变慢,是因为光速是时间的流逝速度,只有光速事件的差异才能体现时间流逝速度的差异。如果考察飞船上的一个人行走这种事,比如,飞船上的一个人从船尾走到船头,这里不会出现像激光杀人事件那样的中间临时状态,即不会出现当这个人走到了船头,同时地球上只看到他还在船中间的情形。因为如果是这样,地球上可以派超人以接近光速飞过去把这个还在船中间的人带走,让他走不到船头,因为他行走的速度相对于地球远小于光速。但这岂不是荒诞的改变了已经发生的事实吗?所以,这种事实对于不同的观察者不存在先后发生,而是同时发生。
已经发生了的事实相对于不同的观察者都是相同的,即事实结果是相同的。但是,对于使用激光杀死人和人步行穿过飞船两个事实,分别从飞船和地球看,为什么一个是先后发生,一个是同时发生呢?因为前者是以光速发生,就算对于不同的观察者有先后,也不可能被后观察到的改变,因为光速不可超越。后者是低于光速发生的事实,如果对不同的观察者有先后,就可能被改变,因为低于光速的速度可超越。所以这种事实必须是同时被观察到。其实,低于光速发生的事实是被不同的观察者都可以决定的,已经发生的事实就是被大家共同决定发生的,所以是同时发生。但是,虽然是同时发生,经过的时间却可能不同。因为经过的时间与观察者本身的时间流逝速度有关。不同的观察者的时间流逝可能不同。
以0.5倍光速飞行的飞船的时间过得比地球慢一倍,如果飞船上的时间过了10年,就等于地球上过了20年。这就是相对论所说的时间变慢。但是,速度是相对的,从飞船上看地球,地球也是以0.5倍光速远离飞船,地球的时间应该也是比飞船慢一倍。究竟是谁慢呢?
如果有一对双胞胎,一出生就把他们分开,一个孩子在宇宙飞船上长大,另一个在地球上长大。飞船平均以0.5倍光速经过10年宇宙旅行后回到地球,这时地球过了20年吗?哪个孩子的年龄更小呢?其实,当飞船高速远离地球时,飞船的时间过得比地球慢,而当飞船高速靠近地球时,飞船上的时间又过得比地球快。这样来回抵消,所以当飞船返回到地球时,两个孩子是一样大的。
如果飞船不返回地球,就一直高速远离地球,过一段时间看,哪边的孩子更大呢?
要回答这个问题,让我们回到上面的激光杀人事件。如果A与B在飞船上的位置相反,A就要逆着飞船行驶的方向对准B发射激光。这时,在飞船上看,激光还是以光速射向B,而在地球看来,激光是以超光速射向B的。同一件事,飞船上的时间比地球上的时间长,所以飞船的时间又比地球快。
所以,不能简单的说高速飞行的宇宙飞船的时间过得比地球慢,因为速度是相对的。时间的快慢要看参考系的具体事件。顺着相对速度的事件,时间是慢,逆着相对速度的事件,时间是快。