不變量#
什麼不是不變量#
在相對論中，很多日常以為「絕對」的量其實是相對的：
- 空間距離 —— 取決於參考系和相對速度（尺縮效應）
- 時間間隔 —— 取決於參考系（時間膨脹）
- 能量和動量 —— 隨參考系變化
時空間隔：真正的不變量#
閔可夫斯基（Hermann Minkowski）發明了四維向量（four-vector）(ct, x, y, z)，並定義了時空間隔（spacetime interval）：
d² = c²t² - x² - y² - z²
這個量在所有慣性參考系中都相同，是真正的絕對不變量。
三種時空間隔#
| 類型 | 條件 | 含義 |
|---|---|---|
| 類時間隔 | d² > 0 | 兩個事件有絕對的時間先後順序，可以有因果關係 |
| 類空間隔 | d² < 0 | 兩個事件相距太遠，光也來不及連接；時間先後順序是相對的 |
| 類光間隔 | d² = 0 | 恰好被光信號連接 |
因果律是不變量。 如果事件 A 能因果地影響事件 B（類時間隔），那麼在所有參考系中 A 都在 B 之前。相對論保護了因果關係。
事件是絕對的#
- 事件（某個時空點發生了某件事）在所有參考系中都是一致的
- 某件事發生了就是發生了，不會因為換一個參考系就消失
靜止質量是不變量#
- 能量和動量各自隨參考系變化
- 但把它們組合成四維向量後，對應的**靜止質量（不變質量，invariant mass）**在所有參考系中相同
「不變論」而非「相對論」#
愛因斯坦曾希望把相對論稱為**「不變論」（Invariantentheorie），因為這個理論的真正精神是尋找那些不隨坐標系改變的客觀實在**。相對論不是在摧毀時空的意義，而是豐富了時空的內涵。
- 物理學研究的核心是客觀實在
- 相對論告訴我們：表面上的「相對」背後，總有更深層的「絕對」