物理學家：每當聽到物理學家在喋喋不休的讨論相對論時（并且感謝你的時間），你會經常聽到他們說“......從移動觀察者的角度......”或“......觀察者看到......”。那都很好，可是如何準确地定義什麼是觀察者的角度呢？

圖解：在綠色參考系中事件B與事件A同時發生，但在藍色參考系中事件B較早發生，在紅色參考系中事件B則較晚發生。

當你從自己的角度描述某些事物時，你會說“它在我前面十英尺”或“它在我的左邊”或“它以30英裡/小時的速度超過我”。你定義了一組方向（向前，向左等）和相對于你自己的距離（不管有多遠）。在一個更微妙的層面來說，你的角度也包括時間。 “未來方向”和所有其他方向和距離一樣是個人的和主觀的。時間的主觀性是愛因斯坦相對論的重要觀點之一。

一個簡短且有學術氣的回答是，由觀察者來确定坐标系。這隻是數學上的說法，當你讨論事情發生的位置和時間時，你可以描述成你所處的位置和手表顯示時間。

你位于個人坐标系中非常特殊的原點（中心）。

我們習慣于共享一個坐标系，例如（也稱作）統一時間或經緯度，所以很容易被假想為“正确的坐标”是存在的。實際上，這種“通用坐标”之所以有用，隻因許多人在随波逐流想法的驅動下而同意使用。公正地說，告訴别人你在街角或緯度和經度比使用你個人坐标系更有用，這相當于說“我就在我身邊”。這在哲學上很有趣，但實際上沒什麼用。

雖然你可以用某種标準坐标系來描述一個觀察者穿過城市的軌迹，但這不是觀察者的角度。這是用别人的角度來描述他們的位置。從他們自己的角度來看，觀察者不會觀察到太多他們的位置變化，因為他們觀察到城市在他們身邊移動。

當你讀到這篇文章時，你可以說“屏幕在我前面兩英尺”（或者它有多遠）或者更簡明地說“屏幕的位置是x = 2”（其中x方向是向前的，y方向是向左的，z方向是向上的）。從其他人的角度來看，屏幕的位置會不一樣。地鐵上坐你旁邊的人（如果你正在地鐵上讀到本文），屏幕的位置将是“x = 2和y = 3”或者更簡潔“（2,3,0）”。

如果你上過物理入門課程，你會聽過一個人從懸崖上踢出一個球的故事。這個問題是說“在20米高的懸崖頂部有一個人，在突如其來的驚吓中，從懸崖上踢出一個球，這樣它最初以3米/秒的速度橫向移動。它會降落在哪裡？”令人興奮的答案是：距離懸崖底部橫向移動約6米。

提出這個問題時，你面對的是一個古老的難題，早在制圖時代之前就一直困擾着物理學家：我應該使用什麼樣的坐标？最正确的答案是：盡可能使用可以讓你變懶惰的坐标。

黃色坐标是從踢球者的視角出發，紅色坐标是最方便的，藍色坐标可以有很多實際功用，但它們很難描述。

如果你将坐标中心放在懸崖底部，軸與地面和懸崖對齊（上圖中的紅色軸），那麼一個軸表示離開地面的高度，而另一個軸表示離懸崖的距離。非常方便。在這種情況下，懸崖的底部位于（0,0），球被踢到（0,20），然後在（6,0）處落在水中。你可以使用踢球者的視角（黃色軸），此時，可以将懸崖的底部定義為在他們底下20米，并且球下落了20米，且橫向移動6米，（6，-20）。

物理學的美妙之處在于它能夠模仿宇宙的至高無上的尊貴。你可以在不指定坐标的情況下編寫物理定律，允許我們定義階段（形成坐标），并讓宇宙随心所欲地運行。如果願意，你可以使用任意坐标（藍色軸）。但不建議這樣使用。水平面不再僅僅是“z = 0”或“z = -20”，而是一個等式。重力不再指向“負z方向”，而是偏向一邊。你仍然可以用完全相同的物理定律來解決這個問題，隻是必須做更多的工作，這對于一個物理學家來說絕對是不可以接受的。

在正常空間中，方向是坐标系的一部分（向前，向左/向右）。當我們交談時，我們已經習慣了這個概念（就像“你臉的左邊有東西。不，是我的左邊，你的右邊。 好吧，現在到處都是。”）。你已經知道如何更改坐标方向。如果你希望讓你的“左方向”成為你的“向前方向”，隻需向左旋轉90°。如果你想讓你的“向上”成為你的“向前”，隻需向後旋轉90°（平躺）。這很容易做到。

觀察者們相對于彼此的方向不同，他們在“向前”（實線）和“側向”（虛線）的方向上會有分歧。

在相對論中，未來隻是另一個方向。顯然時間有點特别。您可以使用标尺或字符串在任何空間方向上測量距離，但要在時間方向上測量距離，你需要一個時鐘。因此，要定義相對論中的觀察者，您可以在中心定義一個坐标系，并在用時鐘來定義一個時間。

在相對論中，觀察者的個人坐标系包括他們的個人時間。

我們很難描繪出“時間方向”。首先，因為它需要以四維方式進行思考。其次，因為時鐘和标尺是完全不同的。這就是為什麼物理學家一直都在協調和談論數學; 它們能将我們的直覺從我們可以想象到的内容擴展到我們無法想象的内容。

事實證明，你可以做一些類似于随時間改變方向的事情。在空間中将一個方向換成另一個方向稱為“旋轉”（沒什麼大不了的）。将時間方向交換為空間方向被稱為“洛倫茲增強（Lorentz Boost）”，或者，如果你不用物理學家的語言，用“開始向那個方向移動”。面對不同方向的人對“前進方向”有不同的角度，而相對于你運動的人會對“未來方向”有不同的角度。

觀察者之間相對的移動方向不同，他們會對“未來”（實線）和“現在”（虛線）的方向上産生分歧。

所以當你聽到諸如“當某個東西移動得很快時，它會花費更少的時間”之類的事情時，重要的是要分析出你在談論的是誰的時間，甚至是移動意味着什麼。這是從你的視角中事物的實際表達。作為觀察者，會根據你的相對位置和時鐘來定義時間和空間。當有人移動時，他們會根據你的坐标系移動到你相對的位置。當某人的時間變慢時，這取決于你的時鐘。當你意識到從另一個人的角度來看，你是一個行動緩慢的人時，那就真的頭痛了。這似乎是一種矛盾，但請記住，不同的觀察者都有自己的時鐘和坐标。這裡有很多細節。

在地球上，我們都以大約相同的速度移動。其他人相對你移動的最快速度是每小時2000英裡（如果你正好在地球的另一側和赤道上）。根據相對論效應，包括對時間的不同意見，隻有當你的相對速度是光的670000000英裡/小時中的可感知的一部分才值得讨論。世界上最精确的時鐘能夠檢測慢速行走引起的不一緻（相對速度小于每秒1米）。但是我們人類并不關心這些極小的部分差異，雖然我們可以檢測到時鐘差異（當我們努力檢測它們時），但它們并不值得我們擔心。

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3. The Physicist-askamathematician

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