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一个参照系内部的"运动物体长度收缩"规律来源于何处？
严格来说，在狭义相对论中，"运动物体的长度收缩"有两种不同的说法，或者说，有两种不同的物理含义。
第一种说法为：在一个参照系中K中，该物体静止，其长度为L静，在另一个参照系K/中，该物体以速度V运动，其长度为L动/，L 动/ =(1－V2 /C2)1/2 L静。关于同一个物体的长度，为什么两个参照系会得出两个不同的测量结论呢？因为这是两个不同参照系中的测量。
第二种说法为：在唯一的一个参照系中，该物体先静止，其长度为L静,然后，该物体以速度V运动，其长度为L动 =(1－V2 /C2)1/2 L静。为什么物体在静止和运动两种状态下长度不同呢？因为这是两种不同状态下的长度测量值。该物体在运动和静止时的长度，包括该物体的运动速度，都是在同一个参照系中测量出来的。
在唯一的一个参照系内部，我看不出"物体因运动而长度收缩"与"物体因受冷而长度收缩"有什么本质上的不同，区别仅有两点，一个是收缩的原因不同，前一种收缩的原因是运动，后一种收缩的原因是受冷。另一个区别是物体的热膨胀系数与材料有关，而运动导致的长度收缩与材料无关。我看不出"物体因运动而长度收缩"有什么令人诧异的地方。
同样，狭义相对论中的"运动物体上的过程变慢"及"运动物体上的同时性变化"也有两种不同的物理含义。
显然，运动物体长度收缩第一种说法的来源是洛沦兹变换关系，或者说，它是洛沦兹变换关系的直接推论。我们也可以说，它是一个我们在我们所在参照系中的"爱因思坦式的推断"，但这个推断已经验证，并且，验证时，另一个参照系中规定的时空测量标准，在该系中也能测量出光速不变原理成立，或该系的标准是从我们所在系带过去的。但是，在一个参照系内部，不涉及两个不同参照系之间的相互关系，运动物体长度收缩的第二种说法，其来源还能是洛沦兹变换关系吗？在一个参照系内部，不考虑参照系之间的时空坐标变换，如何解释"运动物体的长度收缩"、"运动物体上的过程变慢"、"运动物体上的同时性变化"等时空测量结论呢？爱因思坦实际上对此问题没有给出任何解释，只是承认了它是洛沦兹变换的结论。
本文认为，参照系之间的相互关系，不能作为一个参照系内部某个物理结论是否成立的前提。从逻辑上讲，这是两个互不关联的领域。这就如同两人之间有金钱上的借贷关系，但"两人之间有借贷关系"不能说明其中的一人有钱或没有钱。本文认为，爱因思坦直接将"运动物体长度收缩"的第一种说法看成是第二种说法，理由并不充足。
也许有人会说，在狭义相对论中，不同的惯性系是"等价"的。但是，不同惯性系"等价"的具体物理含义又是什么呢？本文认为，不同惯性系的"等价"，仅是指不同的惯性系具有相同的物理规律，而不是指不同的惯性系具有相同的时空测量的具体数值。而且，在狭义相对论的建立之初，我们关于不同参照系的"等价"，仅是指在不同的参照系中，光速不变原理均成立，其它物理规律，至少是所有的力学规律，都面临着被修改的可能。
设我们讨论的"一个参照系内部"是指惯性系K的内部，在惯性系K中，我们发现，一个物体在运动，并且，它的长度我们测得为L动。由于该物体在K中并未静止，我们是如何知道它静止时的长度L静 的呢？设在另一个惯性系K/中，该物体静止，它的长度由K/系中的观察者测得为L静/。由洛沦兹变换关系，我们可以求得L动 和L静/ 之间的关系，L动 =(1－V2 /C2)1/2 L静/。按照第二种说法，我们必须认为，或者说，我们必须假设，K/系中测量出的静止长度L静/，也就是K系中，如果该物体静止时的长度L静，即L静/＝L静。显然，这一假设并不是两个参照系"等价"的原意，两参照系"等价"仅是指两参照系具有相同的物理规律，而不是L静/＝L静这样的两参照系的具体测量值之间的关系。
如果我们认为，L静/＝L静是我们确实分别在K和K/系中进行了实际测量而得到的结果，则我们就不能说，一个参照系内部的运动物体长度收缩的结论，仅是洛沦兹变换关系的直接推论，而应该说它是以洛沦兹变换关系和另一个实际测量出的两参照系之间关系L静/＝L静为共同前提的推论。显然，用两个参照系之间的关系也能得到一个参照系内部的结论，这就如同用两个二元一次方程能解出其中的一个未知量一样。
有一种说法认为，我们让K/系（包括K/系中的所有静止物体）相对于K系的速度逐步减速到零，此时，两系就统一为一个参照系了，K/系测量出的静止物体的长度L静0/，也就是K系测量出的静止物体的长度L静，即L静0/＝L静。在减速前及逐步减速的过程中，虽然K系认为该物体处于运动状态，它的长度比L静小，但K/系并不认为静止于K/系中的物体长度会有什么变化，因此，在其"速度为零"时测出的静止物体的长度，也就是在其"速度不为零"时测出的静止物体的长度，即L静0/＝L静/。因此，我们就有当K/系速度为V时，L静/＝L静也成立。因此，当K/系运动时，K/系测得的该静止物体的长度，也就是K系测得的，如果该物体静止时的长度。
显然，这种说法没有错，而且，K/系的时空测量标准，就是从K系带过去的。但是，当我们说，"当K/系减速时，K/系并不认为静止于K/系中的物体长度会有什么变化"，显然是在K/系进行的一个与光速不变原理无关的另一个测量或试验的结论。也就是说，一个参照系内部的运动物体长度收缩公式，仍然是洛沦兹变换与和另一个实际测量出的两参照系之间关系L静/＝L静为共同前提的推论。甚至可以说，一个参照系内部的运动物体长度收缩公式，是光速不变原理或我们推断出的洛沦兹变换关系与另一个该参照系内部的实际测量结论L静0/＝L静/为共同前提的推论。
而且，更为重要的是，当K/系减速时，K/系虽然不认为它自己的速度在变化，但它能测量到此时它自己为一个非惯性系，或按广义相对论，它认为此时有一个等效引力场的作用。也许我们能够用广义相对论证明，此时，所有静止于K/系的等效引力场中的物体长度不会变化，但这一结论并不是一眼就能看出的，它可能需要整个广义相对论作后盾，或者认为，这是参照系内部的一个独立试验结论。
由于运动物体的长度收缩在我们所在的参照系内部确实成立，在我们所在的参照系内部，至今还未发现违反这一结论的现象，则我们完全可以认为，运动物体的长度收缩是我们所在参照系内部的一个实验结论，它也许是一个独立的试验结论，或者，它也许能够用我们所在参照系内部的某个已知的物理规律给予解释。
本文认为，将一个参照系内部的运动物体长度收缩解释为该参照系内部的一个独立的实验结论，或解释为该参照系内部的其它独立实验结论的推论，比解释为不同参照系之间的两个相互关系（洛沦兹变换关系和L静/＝L静）的推论，要更为恰当。实际上，L静/＝L静的来源是L静0/＝L静/，而引力场或等效的引力场中的L静0/＝L静/显然是一个参照系内部的试验结论。
本文下面试图用一个参照系内部的电动力学规律来解释一个参照系内部的运动物体的长度收缩。可以认为，物体的长度是由物体内部原子之间的电磁作用力确定的，电磁作用力的大小及力场的分布情况决定了原子之间的距离，从而决定了物体的总长度。运动的电磁载体如运动电荷周围的电磁场，与静止的电磁载体上的电磁场是不同的，这是电动力学的结论。当电荷运动时，其周围不仅会新产生一个磁场，电场的分布情况也会改变。因此，当物体运动时，物体的长度也必定与静止时不同。同样，运动物体上的过程变慢及运动物体上的同时性变化也可以由运动的电磁场与静止的电磁场不同而得到解释，因为物体上发生的过程其快慢程度也是由物体内部的电磁作用所确定的。可以看出，这里的解释没有涉及到非惯性系，没有涉及到广义相对论。显然，这里的解释是十分粗糙的。
我曾看到一位人士反驳一个参照系内部的运动物体长度收缩的论证。他说，设在一个参照系内部，在x轴上静止有两个质点A和B，两质点之间的距离为L，现在使A、B两质点以同一加速度，沿x方向同时开始加速，加速时间也相同，则加速过程结束后，两质点具有同样的运动速度v，并且，两质点之间的距离仍为L。但是，如果我们将A、B两质点看成是同一物体的前后两个端点，则按一个参照系内部的运动物体长度收缩规律，该物体的长度，即A、B两点之间的距离应小于L。
显然，这位人士将两个独立运动的质点与同一物体上的被原子之间的作用力束缚成一个整体的两点混淆了。物体的长度，或物体前后两端点之间的距离，与物体内部的原子之间的电磁作用力或其它作用力有关，当物体运动时，这些作用力发生了变化，因而导致了运动物体的长度收缩。但两个独立运动的质点，质点之间不存在这种电磁或其它作用力，当两质点以同一速度同时运动时，这两个质点之间的距离也就不会收缩。如果强制性的在运动物体的两端同时施加作用力，使其同时加速，并保持两端之间的距离不变，则该物体就可能会被拉伸变形，甚至被拉断。
在以速度v运动的参照系看来，开始时，A、B两质点以速度－v运动，它们之间的距离为L（1－v2/c2）1/2，然后，后端的质点先减速，随后才是前端的质点开始减速，时间差为Δt=vL/c2（1－v2/c2）1/2，两质点减速的时间长短相同，减速过程中运动的距离也相同，最后两质点均减速到静止状态，此时，两质点之间的距离为L（1－v2/c2）1/2+vΔt=L/（1－v2/c2）1/2。可见，在该参照系中，除了因后端的质点先减速而使两独立运动的质点均静止后的距离变长外，也不存在因"运动物体的长度收缩"而导致的距离变化，而且，两系之间两种情况下的距离均符合洛沦兹变换。
这个例子也说明，由参照系之间的洛沦兹变换关系，直接"获得"一个参照系内部的运动物体长度收缩规律，不能令人信服。一个参照系内部的运动物体长度收缩，是"有原因的"，而且，这个原因就在该参照系内部，与其它参照系无关。运动物体的长度收缩，不是与这个物体无关的纯粹"空间收缩"，而是实际存在的该物体中的、受束缚的原子之间距离由于束缚变化而产生的收缩。
如果我们已确认了一个参照系内部的运动物体长度收缩规律，以及运动物体上的过程变慢规律，运动物体上的同时性变化规律，我们就可以解释不同参照系之间的洛沦兹变换，解释为什么不同参照系中光速为什么会相同。显然，另一个参照系K/中的直尺，实际上是我们所在系K中的一个运动着的物体，另一个参照系K/中的时钟，实际上是我们所在系K中的一个运动物体上的过程，用这种因运动而收缩了的直尺和变慢了的时钟，按变化了的同时性同时进行测量，必然会测量出光速不变及洛沦兹变换关系。
应该说，处在不同运动状态下的物体具有不同的长度，处在不同运动状态下的物体上发生的相同过程具有不同的进展速度，这一相对论的时空观，要比不同运动状态下的物体长度相同等经典时空观显得更为自然一些。不同的事物、或处于不同状态下的事物，可能会具有不同的属性。如果它们具有相同的属性，则是十分特别的。但在相对论之前，人们并未要求对处于不同运动状态下的物体具有相同的长度这一并不自然的论断给出解释，或对此生产怀疑，人们完全盲目的相信了当时并不精确的时空测量。 |