狹義相對論的一些觀念

二哥問我狹義相對論的問題, 一個高速行駛中的火車, 其車前燈射出的光是否會比光速快一些些, 答案是不會, 仍然是光速, 就算火車跑到接近光速, 車燈的速度還是一樣維持在光速, 不是接近兩倍光速. 從維基摘要整理了一些觀念如下 (原文數學很多) :

1. 由愛因斯坦於 1905 年的論文 "論動體的電動力學" 所提出, 描述平直線性時空下 (即無重力狀態下) 的相對性原理.
2. 狹義相對論是愛因斯坦對牛頓時空觀 (古典力學) 的修正, 它將古典力學擴展為物體在一切運動速度下的普遍情況. 在遠低於光速的低速運動下 (例如計算天體行星軌道) 兩者近似, 但高速運動中的物體 (例如加速器中高速行進的粒子) 則必須以狹義相對論來修正. 古典力學其實只是狹義相對論的一個特例而已.
3. 狹義相對論的基本原理為光速不變與狹義相對性原理, 光速不會因為光源運動而增減 (心經 : 舍利子, 是諸法空相, 不生不滅, 不垢不淨, 不增不減). 而狹義相對性原理則是認為, 在所有慣性系統中, 物理定律有相同的表達形式. 愛因斯坦還把原本用來解決古典力學與古典電磁學不一致的勞倫茲變換用在狹義相對論的推導中, 以解釋高速運動物體在不同慣性參照系下, 時間與空間座標變換的規律.
4. 牛頓的時空觀與愛因斯坦的狹義相對論時空觀都認為時間與空間是相依的, 不是互相獨立的. 但兩者的差異在於, 牛頓的時空觀是一個平直非線性的時空, 可用一個三維的速度空間描述, 時間不是獨立於空間的單獨一維, 而是空間座標的自變數. 而狹義相對論的時空觀則是平直線性的, 認為時間與空間應該要用統一的四維空間來描述, 不存在絕對的空間與時間.
5. 狹義相對論主要的結論是 :
   a. 時間膨脹 :
       觀察高速運動物體, 我們會量測到其時間變慢 (相對時慢). 但反過來, 被觀測者測量我們, 也發現我們的時間變慢了.
   b. 長度收縮 :
       觀察高速運動物體, 我們會量測到他們在運動方向的長度變短了, 但他們自己量卻不變.  但反過來, 被觀測者測量我們, 也發現我們在朝運動方向的長度變短了, 我們自己卻不覺得. (金剛經 : 凡所有相, 皆是虛妄, 若見諸相非相, 則見如來.)
   c. 同時是相對的
       除非兩個事件發生在同一時空點, 否則無法判斷是否絕對同時發生.
       但可以利用兩事件距離中點的信號傳播達成相對同時.
   d. 質量是相對的
       速度增加時, 質量也會增加, 接近光速時, 質量會趨近無限大.
       任何有質量的物體不可能達到光速. 光子質量為 0, 故可達到光速.
   

參考 :
# 維基百科 : 狹義相對論
# 維基百科 : 勞倫茲變換
# 維基百科 : 質能等價