《竿与谷仓悖论》：事件发生的顺序在每个人眼里都一样吗

            

物理学界四大神兽：芝诺的乌龟、拉普拉斯妖、麦克斯韦的精灵与薛定谔的猫齐登场。

这是【十大悖论】第 07 篇文章

今天这个悖论与相对论有关，因此若是你对相对论中的尺缩效应有所了解，那么理解起来会更容易一点，如果不了解尺缩效应是不是就不能看这篇文章了呢？

哈哈，先上车再说！秋名山上，我们不见不散！（音乐响起来：得飘得飘得里个飘）

一篇文章带你进入相对论的世界

我们假设有一个人，叫什么不重要，不过为了方便，我们就叫他大柱子吧。大柱子现在手上拿了一根竿子，长度会因为不同情况而有所改变，在他前方有一个谷仓，这个谷仓有一个前门和一个后门，而且这个谷仓的长宽高都是10米。

现在，大柱子水平拿着竿子，走进了这个谷仓，如果竿子长9米，那么我们可以顺利得将前门和后门关起来，竿子的两头都会容纳进谷仓里面，没问题吧。如果竿子长10米，理论上我们也可以将前门和后门关起来，将竿子装进谷仓里。如果这竿子长12米呢？不弯曲竿子，一直使得竿子处于水平方向，那么我们就会发现，竿子的长度超出了谷仓的长宽高中任一维度，我们只能关了前门，或关了后门，而不能将前门和后门同时关闭。

以下不多说明了，竿子始终处于水平方向。

以上都没什么问题，那么现在假设，大柱子以接近光速的速度朝着谷仓奔跑，会发生什么？

根据相对论的尺缩效应，如果谷仓里有一个观测者，我们叫她翠花吧，翠花会发现，大柱子的个子变矮了，变得扁平化了，而且他手中的竿子也变短了，比如大柱子拿着12米长的竿子奔跑，可能竿子就会缩小到10米以下，从而在他跑进谷仓的一瞬间，翠花可以顺利将前门和后门都同时关上，将大柱子与竿子一同锁在谷仓里一瞬间，而竿子的头和尾不会碰到谷仓的前门和后门。

以上，也没什么问题吧。如果你感觉有问题，那我来补充一下相对论中的尺缩效应。

相对论告诉我们，当你愈接近光速，长度就缩短愈多。比如，在一位相对于起点以0.99倍光速航行的星际旅人眼里，100光年的距离会缩短成14光年。由0.9999倍光速航行的旅人看来，同样的距离却缩短到只剩1光年（旅程时间只要一年，因为宇宙飞船几乎是以光速前进）。如果宇宙飞船能够更进一步逼近光速，比如0.999999999倍光速，那么100光年的距离只要在两天之内就可以完成了。

但是，若你是一个善于思考的人，那么你可能会发现问题也来了。

我们知道，运动是相对的，在翠花眼里，是大柱子拿着竿子以光速奔向谷仓，可是在大柱子眼里，谷仓和翠花不也是以接近光速的速度奔向自己吗？

变化一下视角，在翠花眼里，大柱子变扁了，竿子变短了，在大柱子眼里，自己和竿子都没变，而是谷仓变小了，翠花变矮变胖了。

在翠花眼里，谷仓长宽都是10米，大柱子手中的竿子长12米，在正常情况下，竿子不可能被完全容纳进谷仓里，如果大柱子拿着竿子高速奔跑，那么竿子会发生尺缩效应，变得小于10米，从而在短时间内完全容纳进谷仓当中。可是，在大柱子眼里，自己的竿子长12米，谷仓长宽10米，自己不动，谷仓以高速奔向他，谷仓发生了尺缩效应，长宽都变小了，原本自己手中的竿子都不可能容纳进谷仓里，现在谷仓变小了，就更不行了。

这个悖论，该怎么解释呢？如果大柱子对了，那么翠花就错了，如果翠花对了，那么大柱子就错了。他们两个不可能同时都对，但根据“相对论的尺缩效应”和“运动是相对的”这两个基本物理概念，我们自然就会得出这一个鬼魅般的悖论。

要么就是，相对论错了？

不不不！已经有很多实验证明了相对论的正确，至少尺缩效应和时钟变慢效应已经被观测到是确实存在的。

那么，问题出在哪了呢？

翠花的视角，大柱子的视角，他们观测到的出现了偏差，若他们两个是嫌疑人，福尔摩斯可能会很疑惑，因为他们的口供对不上，但是，他们的口供都没错啊。

其实，问题的关键，在于“同时发生”这个概念上，别忘了，相对论不仅有尺缩效应，就连时间也是相对的。这也就是说，事件的发生顺序在翠花眼里和大柱子眼里，是不一样的。

在大柱子急速奔跑进谷仓内的时候，翠花可以在一瞬间关闭前门和后门，但是她必须马上打开后门，因为若是关得时间长一点，大柱子手中的竿头会碰到后门，从而撞一个满天星。而在大柱子眼里，当他在急速跑向谷仓的过程中，他会发现，当他进入谷仓之后，在竿头到达后门之前，他看到后门先短暂关上。一会之后，门再度开启以便让竿毫无阻碍地通过。又过了一会，等到竿尾进入谷仓之后，前门才关上。所以没错，当他停下来跟翠花核对各自的记录时，他的确说两道门都曾经关上，但不是同时——设想他看到的谷仓变短了，前后门要同时关上自然是不可能的。（这个悖论的关键，在于下面斜体字部分）

我们来将这些事件简化一下：

大柱子竿头进入谷仓前门——事件A

大柱子竿尾进入谷仓前门——事件B

大柱子竿头离开谷仓后门——事件C

谷仓前门关闭——事件D

谷仓后门关闭——事件E

谷仓前门打开——事件F

谷仓后门打开——事件G

在翠花眼里，事件发生的顺序是这样的：

A→B→D、E→F、G→C（事件D与E，事件F与G是同时发生的）

而在大柱子眼里，事件发生的顺序是这样的：

A→E→G→C→B→D→F

（大柱子竿头进入谷仓前门，谷仓后门关闭，谷仓后门打开，大柱子竿头离开谷仓后门，大柱子竿尾进入谷仓前门，谷仓前门关闭，谷仓前门打开）

彼此进行相对运动的不同观察者，看到事件发生的顺序也有所不同，这是爱因斯坦相对论带来的另一个结果。但是，请注意，事件顺序再怎么发生变化，也不会违背因果律这一基本的逻辑前提。

啊，相对论！你是多么美妙的一个理论啊！不由得又想起了万维钢的那一首诗：

假如未来发生什么大灾变

让世界重归黑暗

人们不再钻研科学

拜倒在虚幻的神和压迫的权力之下

被偏见和狂热蒙蔽

只看到眼前的计较和平庸的善恶

我希望至少你、我

我们这几个人还记得

这个世界曾经拥有过爱因斯坦

拥有过相对论

这个美丽的理论

         

打赏