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2002 年 8 月 1 日

什麼是相對論？ (31) 如何正確地量測時間
提供者 : 陳輝樺 (AEEA 小組 , NMNS )

說明: 愛因斯坦所寫關於「狹義相對論 (Special Relativity)」的第一篇文章的開頭，就是在探討時間概念「同時性」的定義，講的是「時鐘的校準」，也就是「如何正確地量測時間」。因為要定義時間，首先該確定兩個同時的事件。如果事情發生在同一地點，你用一只手錶定義時間的同時性似乎足夠了；但若事情不只是發生在同一地點，僅用一只手錶來定義時間的同時性就不夠了。要定義時間，必需在不同地點放一系列的時鐘，且要通過「校準」，使這一系列的時鐘「同步」。問題是如何地去校準不同地點上的時鐘，使其時鐘同步呢 ?
愛因斯坦提到要校準不同地點上的時鐘，必須藉著「光信號」第三者。在日常生活中，大家直覺上是認為光速非常快，走這樣一段距離所費的時間可以忽略不計。其實在科學的意義上，更重要的是在真空中光速 c 為恆定量。也就是說，要在座標系各個不同地點上設立經過校準好同步時鐘的方法，是在座標原點發出標準時刻 t₀ 的光信號，與座標原點距離為 r 的點，接收到該信號的時刻 t_r 為：
t_r = t₀ + r/c
經過這樣反覆地校準，就可以使「同一慣性座標系」的各個不同地點上的時鐘完全同步了。但不同慣性座標系的時間是否同一呢？我們稍後再介紹！上圖是說明在地面和太空船上兩個慣性座標系，所見到同時發生的兩光源的前後可能順序。

明日主題 : 什麼是相對論？ 如何正確地量測長度

作者與主編 : 陳輝樺、王夕堯
諮詢服務: 陳輝樺 (NMNS 國立自然科學博物館)
王夕堯 (NTPU 國立台北大學)
蘇明俊 (NKNU 國立高雄師範大學科教所)

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