狹義相對論的基本假設

1905 年，愛因斯坦（Einstein）僅僅從兩條聽起來很簡單的假設出發，就重建了整個物理學，這兩條假設就稱為狹義相對論的基本假設。所謂「假設」（postulate），是你先假定為真、再順著推導看它會導出什麼的起始命題。第一條假設背後的日常畫面，是一段平穩的火車旅程：只要拉下窗簾、車行平穩，你在車廂內做的任何實驗——拍球、倒水——都無法告訴你這列火車是停著，還是以穩定的時速 300 公里滑行。

這兩條假設如下。第一，相對性原理：物理定律在每一個慣性參考系中都完全相同，也就是在每一個以等速度運動、不旋轉也不加速的實驗室裡都一樣。因此根本不存在「真正靜止」這回事——你只能相對於別的東西而運動。第二，光速不變性：光在真空中以相同的速率 c 傳播，對每一位慣性觀測者皆如此，大約是 c = 3.00 x 10^8 m/s，無論光源移動得多快，也無論你朝光靠近或遠離的速度多快。第二條假設才是令人震撼的一條，因為它與日常對「速度相加」的常識正面衝突。

狹義相對論裡幾乎所有奇怪的結果——同時的相對性、時間膨脹、長度收縮、E = m c^2——都可從這兩條看似不起眼的敘述邏輯地推得。愛因斯坦並沒有偷加額外假設；他只是堅持同時認真看待這兩條，而理論其餘的一切，都是這麼做所必須付出的代價。