동시성의 상대성: 두 판 사이의 차이

서로 떨어진 두 위치에서 일어나는 두 사건에 대해 어떤 시간에 그 두 사건이 일어났는지 서로 상대적으로 움직이는 두 기준계에서 내리는 판단은 서로 다르다. 이를 설명하기 위해 서로 다른 기준계에서 있는 관찰자를 가정한다. 한 관찰자는 기차의 한가운데에 서서 기차와 함께 등속도로 운동하고 있는 관찰자(A)이고, 다른 관찰자는 플랫폼에 서서 기차를 바라보는 관찰자(B)이다. A를 태운 기차의 정중앙이 플랫폼에 서있는 B를 지나가는 순간 기차의 앞과 뒷 부분에 번개가 친다. 이때 기차의 한 가운데에 서 있는 A는 번개가 친 기차의 앞과 뒷 부분에서 동일한 거리에 서 있음을 알 수 있고, 플랫폼에서 관찰한 B도 기차의 중앙에 위치하는 것으므로것이므로 번개가 친 기차의 앞과 뒷 부분과는뒷부분과는 동일한 거리에 있음을 알 수 있다. 먼저 관찰자 B의 경우에는 동일한 거리만큼 떨어져 있었고, B가 움직이지 않고 있기 때문에 빛의 속도가 일정하다면 앞과 뒤에 동시에 친 번개의 빛은 B의 눈에 동시에 들어와 동시에 일어난 사건이라고 여길 수 있다. 관찰자 A의 경우에는 번개가 치는 순간에는 앞과 뒤와 동일한 거리에 있었지만, 기차가 등속도로 운동하고 있기 때문에 기차의 앞 부분에서 오는 번개의 빛이 관찰자 A에 다가오고 있는 동안에 관찰자 A는 앞으로 다가오고, 기차의 뒷부분에서 오는 번개의 빛이 관찰자 A에 다가오고 있는 동안에 관찰자 A는 앞으로 멀어진다. 즉, 관찰자 A의 등속도 운동 때문에 빛이 진행해야하는 거리가 달라진 것이고, 일정한 속도를 가지는 빛은 서로 다른 시간에 관찰자 A에게 도달하게 된다. 즉 관찰자 A는 번개가 동시에 기차의 앞과 뒤에 친것이라고 생각하지 않고, 약간의 시간적 간격을 두고 친 것이라고 여긴다. 이렇게 한개의 동일한 사건을 서로 다른 기준계에서 보게 되면 서로가 느끼는 시간에 대한 직관은 달라지게 된다. 즉, 동시라는 관념은 서로 다르게 느껴지게 되고, 이를 서로 다른 기준계마다 느끼는 동시에 대한 판단이 달라지게 되는 동시성의 상대성이라 한다.