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有人说，你把时间和长度都“抹去”了，如何谈论时空问题，这不是自己跟自己过不去吗？想想也是，没有了时间和长度，我们简直就不知道如何论述，所以，我们采用一个折中的方法。假设你我知道现在的时间和长度，而有一个很聪明的人他从来没有接触这方面的知识，也不能从其他人那里学到这方面的知识，现在，我们看看这个聪明人是如何认识时空的。在这个聪明人建立起一些基本的概念之后，我们再身历其境地与他一起来分析研究。
这个聪明人为了定量描述和比较物体（包括两个事物间的相对位置），他需要建立类似“长度”的概念（当然他不知道现在的这个“长度”概念）。我们假设他很有智慧，也有足够的数学知识，他选择了一个“直棒”作标准，然后，他用这个直棒来量化其它物体，量化方法与我们现在使用的方法基本相似，只是量化的结果被他称为物体的“棒数”。 接着，这个聪明人还要描述物理变化过程，他把物理过程的每一点也称为事件，现在他需要对这些事件作一些标记。于是，他想到了一个很好的办法，那就是为每个事件安排一个“序号”，两个事件的序号差称为“序号间隔”，如果两个事件分配了相同的“序号”，他称之为“同序号”事件。 有了这些设想之后，这个聪明人开始考虑量化工具或测量工具。他把“棒数”测量工具也成为“尺子”或“标尺”，尺子也有“刻度”，不同的是，其刻度值是基准点到该刻度的“棒数”。他把“序号”测量工具称为“序号产生器”，又称“计序器”。 至此，这个聪明人可以测量物体的“棒数”，为事件分配“序号”，并根据两个事件的“序号”得到“序号间隔”，判断两个事件是否是“同序号”事件。现在，我们就基于这个聪明人的理念，与这个聪明人一起身历其境地研究问题。 我们看到，这个聪明人已经做了很多前期工作。不过，这个聪明人并没有就有关问题做出更多的限定，比如，没有限定不同的人应该如何选择作为标准的“直棒”，也没有限定“标尺”之间要满足什么条件等等，这会导致：对于同一测量对象，不同的人可以有不同的计量结果，有很大的随意性；再比如，没有规定如何制造或选择“计序器”，没有规定不同“计序器”要满足怎样的关系等等，这会造成：我们分配给事件的序号具有很大的随意性，“同序号”事件同样是很随意的。 你可能建议，我们应该马上帮助这个聪明人制定一些规则和规范，这样上述糟糕的情况就会得到改善，也就有了更好的使用价值。先不要着急，这种糟糕的局面并没有错误，从糟糕的局面，到我们逐步的理顺，恰恰拥有被人们忽视的道理。 我们先试图利用上述概念建立一个坐标系，不同的是，这个坐标系没有长度、时刻和时间物理量，是用“棒数”、“序号”和“序号间隔”来替代，某点的坐标值也用“棒数”来量化。这里，我们定义一点规则，那就是，在该坐标系中，我们都用这个坐标系的坐标来确定物体、事件的位置，包括物体的“棒数”。但，还有一个问题没有解决，假如每个坐标点上都有一个“计序器”为所在点发生的事件分配“序号”，如果不对各个“计序器”做出某种限定，那么，“同序号”事件就是很随意的概念，为此，我们假定选择或约定了某种规则来协调各个“计序器”的关系，这样一来“同序号”事件就不再是随意的，是一个与所选择或约定规则有关的概念实现。 有了坐标系，我们还需要引入另外一个概念，以便为下面的论述做准备。有一个物体，从一点A运动到另一点B，物体在A点和B点是两个事件，A、B两点间的“棒数”与两个事件“序号间隔”的比值称为该物体的“棒序比”（相当于我们说的速度）。 我们再进一步分析我们所建立的坐标系，假如很多观察者都按照上述方法建立自己的坐标系，那么各个坐标系间的关系又是如何呢？答案是，我们看不出各个坐标系之间应该有什么样的关系，实质上，它们之间的关系具有很大的随意性。因此，要想使各个坐标系之间具有某种特定的关系，我们还需要制定一些规则、规范或要求。那么，规则、规范应该如何制定或选择呢？其实，任何一套相互间不存在内部矛盾的规则、规范都是合理的，这里我们列举两个例子： 例一，我们规定，对于同一物体不同坐标系计量的“棒数”必须相同，对于同一事件不同坐标系分配的“序号”必须相同，等等。 例二，我们规定，对于某一特定物体，该物体在所有坐标系内的“棒序比”必须被量化为相等，等等。 这是两套都可以实现的规则、规范，都是合理的。不用说，大家也知道，这两个例子都是有所指的，只要我们再用一些配套的规则、规范提升这两个例子，那么就分别对应着两种不同的时空要求，一个是牛顿力学的时空体系，另一个是相对论的时空体系，两种时空体系对应两种不同的规则、规范，都是合理的。 |