缩短的长度

在读者开始反驳这个“理论”到头来只是错误臆测之前，我得强调，它已经受到百年以上的研究与检测，而且相对论效应一再出现。我甚至可以担保这个理论的正确性，因为跟许多物理系学生一样，我大学时也曾在实验室中进行过关于“缈子”（muon，念法如“秒子”）的次原子粒子实验，这种粒子是由宇宙射线（来自太空、不断冲击地球外大气层的高能粒子）产生的。缈子在宇宙射线撞击空气分子的过程中诞生，并且向地表倾泻而下。我在学生时期所进行的实验，是以某种特制的侦测器捕捉这些粒子并计算其数目。我们已知缈子在衰变之前的寿命只有微不足道的短暂瞬间，这是其他实验仔细测量出来的结果。一般而言，缈子的生命期只有二微秒左右，有些较长，有些稍短。

缈子充满能量，冲向地球的速度大约达到光速的99％。即便在这么高的速度下，它们也需要耗费生命周期好几倍的时间才能抵达地表，这点可以透过它们的速度和路径距离约略估算出来。照理说，我们应该只能侦测到那些特别长寿、可以抵达地面的极少数缈子才对。但我们却发现几乎所有诞生的缈子都能轻易抵达地表，并且在消失之前触发侦测器。一个可能的解释是，或许基于某种原因，高速的缈子存活得比静止的缈子来得久。不过，爱因斯坦会说这个解释不对，因为一切运动都是相对的，只有相对于地表的我们，一颗运动中的缈子才在“运动”。

精彩之处终于来了。设想缈子会看到什么样的情景。如果它会说话，它将告诉你它的确以99％的光速在前进——应该说，地面以99％的光速向它迎面而来，而它似乎有足够的时间走完这段旅程。事实上，从它的观点来看，到达地面所耗费的时间比它的生命周期还短上许多。这只可能意味着一件事：对缈子而言，时间流逝的速度必定比对地面上的我们来得慢。确实如此，不过我打算将更多关于时间变慢的细节留待下一章讨论。对现阶段的我们来说，还有一道逻辑上的障碍要跨越。设想以下情况：首先，你与缈子都认同它前进的速度（更精确的说法是，彼此接近的速度）；其次，缈子说它在旅程中所费的时间比你预期的还要短。为了使两边的见解一致，这显然也意味着它的旅程变短了。也就是说，如果它以双方都认同的速度前进，而缈子却能以更短的时间走完整个旅程，那么它所见的距离就一定比你所见的还要短。

这种高速前进之下出现的性质称之为“长度收缩”。这个性质指的是，正如一个物体在高速移动时的长度变得比静止状态短，对高速移动的物体而言，要走的距离看起来也缩短了。