相对论尺缩效应，是物体自身真的变短了吗？

　　＂运动着的物体，其运动方向上的长度会变短＂这句话经常出现在相对论科普中，虽然表述不太严谨，但作为科普来说，还是可以的，不过这也导致了一个问题：如题所言，很多朋友对这个尺缩效应感到不解，这里的变短到底是指物体真的变短了，还是测量结果变短？抑或是看上去变短了呢？
　　1905年，爱因斯坦在大量思考的基础上，发表了一篇名为《论动体的电动力学》的论文，这篇论文在现在看来，是属于颠覆性质的，它否定了数百年来由牛顿建立的绝对时空观，直接以光速不变作为原理，结合狭义相对性原理，给出了一个新的物理学基础框架。
　　理所当然的是，这篇论文一开始并不被众人接受，视为离经叛道也不为过，但幸运的是该论文深得物理大佬普朗克的喜欢，在普朗克的关爱下，爱因斯坦此后终于从一个专利局的小职员逐步走向了物理界高处，所谓伯乐识千里马也就是这般了。
　　在这篇论文当中，运动物体的长度会收缩是被明确表示出来的，但为了区别于一句话科普介绍，我们现在必须得介绍这个尺缩效应到底是怎么一回事。
　　原则上来讲，一切狭义相对论的仔细讲解，必须涉及洛伦兹变换，这是各种推论（除了尺缩效应，还有钟慢效应、质能方程等等）的数学基础，而洛伦兹变换实际上是一组数学方程，如果放到科普文中进行介绍，想必也没人会仔细看，所以我就不浪费时间了，因此大家只需记住洛伦兹变换是涉及惯性系之间时间、空间等物理量的变换公式即可。（毕竟狭义相对论的颠覆性就体现在它否定了经典时空观）
　　既然是惯性系之间，那么至少需要关系到两个惯性系，我们才可以谈论尺缩效应。因此我们设计这样一个物理场景：
　　首先我们知道地面可以作为一个很好的惯性系，那么再假设地面上有一个沿直线匀速移动的小车，就有了第二个惯性系，并且我们在小车的车顶上粘上一把数米长的直尺（比方说两米），那么试问这把尺的长度在地面观察者的角度下有多长？在小车内部的观察者角度下又有多长？
　　请注意刚才那两个问句的用词，通常情况下这两个问句应该是这样问的：＂直尺的长度在地面观察者看来是多长？…＂，但我用＂某某角度下＂代替了＂看来＂一词，这样一来意思就变了，为什么呢？
　　我们知道，所谓＂看来＂，它必须涉及到事件之间的信息传递过程，比如我看见远处的霓虹灯亮了，实际上这里存在一个时间差，首先是霓虹灯亮，然后是灯光传播到你的眼睛里，最后你才能知道霓虹灯亮了。
　　因此这也意味着咱们看到的事物都是不及时的，但这与尺缩效应又有什么关系呢？可能有朋友会说，如果尺缩效应是指物体本身真的发生了收缩，那么即便是不及时的，那也不会对观察有什么影响啊？变短了就是变短了。
　　终于说到关键点了，上面那段疑问本身是没有错的，一个物体要是真的变短了，那么不管怎么看都是短的，但狭义相对论却从没说过物体本身会收缩这句话。
　　回到此前那个物理场景中去，狭义相对论是这样描述直尺变化的：＂在地面惯性系下，由于直尺运动，因此直尺的长度收缩了。＂请注意一点，一定要有在地面惯性系这个前提，直尺收缩只是建立在地面惯性系上成立的（或者说在地面参考系内，直尺变短了）。
　　这句话的意思很明显，告诉我们直尺的变短仅仅是一方的观点，只是地面观察者认为直尺变短了，那么小车观察者又是怎么看的呢？
　　答案很明确，在小车惯性系下，由于直尺并没有运动，一直保持静止状态，因此直尺的各项属性都没有发生变化，自然包括长度这一属性。
　　并且要记住因为小车与直尺不存在相对运动，因此小车参考系内得到的一切关于直尺的结论都代表了直尺本身的状态。也就是小车观察者的观点代表了直尺本身，可能这一点的重要性在尺缩效应里，似乎并没有显示出多大的重要性，但在钟慢效应中则特别重要。
　　现在我们知道了直尺的收缩并不是指直尺本身的收缩，而是相对于某个惯性系而言才成立的，既然不是本身的收缩，那么这里说某个惯性系下的收缩，到底是指何种途径下的结果呢？对此有两种可能的途径，一种是测量途径，还有一种是视觉途径。
　　那么何为测量途径呢？很简单，物体在空间上是占据着一定位置的，由于物体体积不为零，因此空间占位是有很多点构成的，而我们需要知道某一时刻各点的位置，之后就能得到测量结果，比如长度。
　　那么何为视觉途径呢？这就更简单了，一句话：用眼睛看，通过经验或者参考物来判断，物体的长度是否发生了变化。
　　实际上从本质上来讲，视觉途径也是一种测量途径，但刚才我们说了，视觉途径是不及时的，因此这种测量方式的变数很多，给不了定性结论。
　　因此我们现在说的尺缩效应是指测量途径的结果而不是视觉结果。那么这种测量途径具体是怎么回事呢？
　　日常生活中我们知道，如果想知道一个物体的长度，我们可能会拿个卷尺去拉一下，但这是建立在物体体积恒定的情况下，如果一个物体正在膨胀，那么你会怎么表达它的长度呢？你会这么说：这个物体在某一时刻时，它的长度是多少多少。（可能有些厉害的朋友还能建立一个体积同时间的方程，但着并不影响刚才表达的正确性）
　　请注意＂某一时刻＂这四个字，稍加思索，我们便可以将其转述为＂同一时刻＂，因此它要表达的意思正是如此，在同一时刻知道物体各点的空间位置后，就能知道长度了。而测量的精髓就是这个＂同一时刻＂的把握。
　　比如说在一个有限空间内部（空间大小已知），各点都布满了观测者，他们各自都拿着一个统一时刻的钟表，那么一个运动物体的长度就可以轻松被测量出来了。
　　说到这，相信不少朋友已经注意到一点，刚才提到了＂同一时刻＂，莫不是接下来就要说＂同时的相对性＂？正是如此，由于同时的相对性，物体的长度在不同参考系内的测量结果就会产生差异，这正是尺缩效应的本质所在。当然了，说是本质，但终不过是狭义相对论两大原理的衍生而已，如果有机会，大家可以找一本教材看看，不但能理解科普语句的严格含义，还能通过数学演算心服口服。
　　不过此篇文章还有一点没有提，那就是一直没有被重点关心的＂视觉途径＂，那就是尺缩效应可以被人直观的看到吗？这一疑惑将在下篇文章给出解答。
　　本篇文章的内容到此结束。
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