上次跟大家介紹Oganesson這種新元素的時候，提到了狹義相對論（Special Theory of Relativity ）對它的電子會有較顯著的影響；較早以前和各位討論時間旅行的可能性時，也借用過愛因斯坦的這個著名理論，去指出「移動得愈快，時間的流逝就愈慢」這個有趣的現象。這個現象是如何被我們發現的？
光速對每個人來說也是一樣？
我們平日旅行的時候，可能也想過相類的問題：火車以時速200公里向前行駛，如果我們再在火車之中以每小時10公里的速度向前跑，那麼在月台上觀看的朋友，會覺得我們的速度是多少？
我們應該會直觀地這麼想：在1小時內，火車行駛了200公里，再加上我們額外跑的10公里，月台上的朋友應該會覺得我們的速度是每小時210公里。如此類推，假如我們在火車裡亮起手電筒（也就是讓光線在火車裡跑），那麼和在火車內的我們相比，月台上的朋友不是會覺得光線跑得更快嗎？
不知是幸還是不幸，現實世界中的實驗（其中包括著名的邁克爾遜－莫雷實驗Michelson-Morley experiment）並沒有「包容」我們以上的「邏輯推理」：火車上「動」的我們和月台上「靜」的朋友，都會量度到一樣的光速（大約每秒30萬公里）。
為什麼時光流逝與移動速度有關？
愛因斯坦是位出色的理論家，在於他能夠透過簡單的例子去探討困難的課題。面對以上的難題，他提議在火車上的我們將手電筒指向車頂：在我們的眼中，光線是垂直向車頂射去，然後再反射回到地上； 月台上的朋友呢？除了手電筒光線的上下移動，他們還會看到火車、我們、手電筒、光線通通都在向前邁進，因此在他們的眼中，手電筒的光線是斜斜地射向車頂的，而且火車跑得愈快，光線就愈傾斜。
那又怎樣？有些看官可能會想到，傾斜的光線所走的路應該比垂直的光線長，而且路線愈傾斜，這條路線就愈長。問題來了：速度是距離除以時間；如果月台上的朋友看到光線走多了路，不是會量度到光跑快了嗎？要維持一樣的光速，我們可能被迫接受這個結果：就同一件事件而言，月台上的朋友所量度到的所需時間，比火車中的我們所見的更長。
月台上的朋友雖然見到光線多跑了點路，但他們也發現所需要的時間長了一點；因此當他們計算光速的時候，還是會找到相同的數值。所以這個狹義相對論的思路將我們導向一個結論：移動中的人（也就是在火車上的我們）會量度到一件事件所需的時間較短，也就是說這些人的時鐘走得慢了點。
在文章開首的推理中，我們考慮「在同一個小時內」，火車行駛了多遠，我們跑了多遠，從而直觀地將兩個距離加起來去計算移動了的總距離。以上的討論，指出了大家所量度到的時間並不相同，因此根本就不是「同一個」小時。這就好比我們要將兩個分數加起來，可恨的是，它們的分母並不相同；我們輕率地直接將兩個分子加起來，自然不會得到正確的答案了。 ■張文彥博士
作者簡介：香港大學土木及結構工程學士。短暫任職見習土木工程師後，決定追隨對科學的興趣，在加拿大多倫多大學取得理學士及哲學博士學位，修讀理論粒子物理。現任香港大學理學院講師，教授基礎科學及通識課程，不時參與科學普及與知識交流活動。
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