时间的概念是什么？这是一个古老的话题，每一代哲学家都会对此产生疑惑，奥古斯丁的名言：“当你不问我时我还知道时间是什么？当你问起我时我竟一无所知。”在科学昌明的今天，我们对时间这类基本概念是否已经完全明了？要从认知角度理解时间首先要弄明白什么是认知，认知是人类意识层面的，首先我们通过感官把光线、声音等信息（现象）汇集到意识层，现代科学发展的各种仪器可以看成是感官的延伸，这些能被感知（直接或间接）的信息称为“可观察”，因此认知是建立在“可观察量”的基础上的；其次我们在意识层面对这些信息进行类比、推理等逻辑分析得出判断。那么时间是“可观察”的吗？通常认为时间是不可直接观察的，我们通过观察一些其他现象来分析推测时间。下面将在直觉与科学两个层面分别论述时间。
时间与直觉
直觉是一种判断方式，不需要复杂的逻辑推理，可以直接从现象中推断出来。可以说，直觉是认知的来源，例如，当A=B，B=C时，则A=C。直觉判断还需要通过经验和逻辑来验证，因此，要确定直觉是否正确，需要满足以下条件：1.不能在经验中有反例（完备性）；2.不能推导出逻辑上自相矛盾的结论（一致性）；3.不可被推导（独立性）。满足这三个条件的直觉判断就可以称之为公理。说到公理，我们必须说说欧几里德几何和非欧几里德几何，欧几里德几何中有一个平行公理：同一平面内，过已知直线外一点有且只有一条直线与已知直线平行。它符合上述三个“直觉原则”。然而，罗巴切夫斯基提出了一个完全不同的“平行公理”：即在一个平面上，过已知直线外一点至少有两条直线与该直线不相交。这一观点与我们的经验相矛盾，不符合上述“直觉原则”。这是因为我们的直觉经验是基于平面几何的，但如果我们将罗巴切夫斯基的“平行公理”与其他几何公理一起用作定义，我们可以推导出另一个系统，当这些系统应用于双曲面时，它们可以在逻辑上一致。在双曲面上，罗巴切夫斯基的“平行公理”仍然满足“直觉原则”。由此可以看出，数学公理这类直觉判断并不是“先验的”、“自明的”，时间与空间的概念也同样不是。人们从日月交替四季更迭的现象中能感受到时间似乎循环往复，又从生命的由幼及老由生到死感受到时间如大河奔流永不回头。
时间不是一种可以直接感知的存在，我们直接感知运动、快、慢和速度等概念。我们对速度等概念的认知可能早于对时间的认知。在赛马场上，我们不需要时钟甚至不需要了解什么是时间就能分辨出哪匹马跑得最快，但如果是比较两匹不同地方的赛马谁更快就不那么容易了，首先需要从奔跑的马身上提取时间和空间的概念，还要精确地测量才能进行比较。空间的测量相对简单，只需要一个坚硬的固体物，我们假设它具有空间不变性，这就是尺子。测量时间有点复杂，我们需要一个装置，我们假定它具有时间周期的不变性，这就是时钟。一些似乎具有重复周期的现象使我们能够记录时间，比如日月星辰的运行、桶里滴落的水等等。这些周期性现象使时钟成为可能。长期以来，我们一直使用地球的自转和公转周期作为标准时钟。但事实上，我们没有依据来判断这个时钟的每一个周期是否一致。想象一下，在一个地下世界里生活着一群智慧生物，他们从未见过外面的世界，他们会用什么作为标准时间呢？在依靠直觉来判断时间的时代用哪一只钟来作为标准钟对“穴居人”来说并无区别。我们凭直觉相信今天与昨天，时钟的这个“滴答”与下一个“滴答”时长是一致的。
在没有时钟的世界里我们还会有时间的概念吗？假如有一个无序世界，也就是说没有任何一个现象具有稳定的周期，意味着我们找不到一个时钟，这时有A、B、C、D四个事件发生，我们该如何记录事件的发生呢？A事件发生在先，B事件发生在后，C事件和D事件同时发生，这些概念构成了过去、现在、未来的一个时间序列，在我们的直觉里，这个序列是单向的，不可逆的。
从上述讨论中可以看出，直觉判断是基于经验主义的，从这个角度来看，时间是意识的产物。过去只存在于我们的记忆里，未来只存在于我们的想象中。在直觉的世界里，时间是不可观测的，当我们观察到2只钟不同步时通常会认为这是时钟的问题而不是时间的问题。但我们的经验一般都局限于宏观现象，在非宏观世界，许多现象与我们的直觉相悖。
时间与科学
17世纪艾萨克·牛顿提出了著名的惯性定律，在他的理论里隐含了时间和空间的法则：一个未受外力的非静止物体在空间中经过的同等距离时也必然经历同等的时间。从此我们对时间的认知不再凭直觉而是受物理定律和数学公式所支配，时间的尺度可以精确的定义，事实上很多物理定律都与时间和空间相关，例如麦克斯韦方程式，规定了可以通过测量电与磁的方式来标定时间和空间，我们可以把这类基础公式称为时空方程式。数学在科学中的作用至关重要，以公理或定义为基础，依逻辑而演绎，这听起来像是一种游戏，当我们把现实世界的元素转变为数学符号，会发现两者非常契合，这表明两者之间必然遵循着某种共同的规律。当我在一个盒子里放了一块硬币，过会再放一块硬币，你会相信盒子里现在有2块硬币,这与数学上1+1=2是完美匹配的；但如果是一个魔术师来做同样的事，你可能会怀疑盒子里有3个硬币或一个也没有。加法法则在现实世界中不是任何时候都值得信赖的，它必须对应物质守恒定律——物质不可凭空产生和消失。虽然数学作为抽象概念是无法证伪的，但数学在现实应用中是可以证伪。加法规则也适用于时间和空间，但与物质守恒原理一样，空间和时间也必须受到限制：空间和时间必须连续均匀。只有这样，我们才能保证一个刚性的“量尺”在空间中移动时它的长度是保持不变的，一个时钟的“滴答”和下一个“滴答”间隔是一致的。使用数学模型作为认知的基础，而不是依赖公理直觉，确实可以解决直觉的局限性，但也会损失理论的可证伪性。如果托勒密的天体模型经过不断完善，能够准确预测每颗行星的轨迹，我们是否也会认为“地心说”是合理的？
在时空方程中，时空不再是意识的产物，而是客观存在的“自在之物”，时间变得可观察。当我们观察到2个时钟不同步时也许会说：这是因为这里的时间比那里更慢。在科学的世界里时间会膨胀，空间会弯曲。
现代科学已经为时间尺度建立了极其精确的定义，并开发了超越天文现象精度的标准时钟。我们对时间精确性的追求从未停止，但从根本上讲，我们寻求对事件“同时性”的判断。换句话说，我们依靠“同时性”来建立时间秩序。
同时性
时间包括过去、现在、未来和同时等概念。在这些概念中，“同时”是最重要的。只有定义“同时”，才能进行时间比较，计时才有意义。我们以感知来判断存在，判断2个事件的是否同时发生也需要通过某种方式感知事件，第一种方法可以采用直接观察的办法，第二种方法可以通过时钟比较来判断。直接观察法是观察者直接感知到2个事件同时发生，最典型的例子是照相，假设有一台快门速度可以忽略不计的照相机，发生在不同事件的光线同时抵达照相机底片上，当看到照片上同时存在2个事件的影像，我们就可以说2个事件是同时的。例如照片上显示火车站台上的挂钟时间是8点和一列火车正在进入站台，我们可以确定地说这列火车8点到站；但这种方法也存在弊端，一张照片显示星空中有2颗超新星发生爆炸，我们却不能肯定2个事件是同时发生爆炸的，因为2颗超新星离地球的距离可能不一样，而恒星之间的距离让我们无法忽略光传播过程的时间差。直接观察有赖于事件发生地点到观察者之间的信息传递。另一种判断同时性的方法需要2个完全同步的时钟，2个时钟分别放在事件发生所在地，事件发生时如果2个时钟指向同一个位置则可以认为2个事件是同时的。首先我们需要将2个时钟校准同步，然后将2个钟分开放到事件发生地，但此时我们无法保证它们依然是同步的，为了验证这一点又只能依靠第一种方法。因此本文的论述全部采用直接观察法。同时性的对象是事件：由物质存在引起的可观察现象。由于同时性与特定时刻有关，因此本文中讨论的所有事件都是瞬时的。
同时性原理
事件的同时性取决于观察者，根据观察者的状态可分为以下三种情况：
（1）假设有2只球A和B，让A球撞击B球，我们可以说“A球受到撞击与B球受到撞击是同时发生的”，2个事件发生在同一空间位置和同一时间，不论观察者站在何种角度都不会否认这一事实，因此这称为同时性第一原则：2个事件在同一空间位置同时发生可认为2个事件是同时的。
（2）当两个事件发生在同一惯性系（相对静止）但不在同一空间位置时，事件和观察者之间存在空间距离，因此有必要考虑从事件发生到观察者观察到的信息传输过程。最理想的情况是假设存在一个可以通过空间瞬时传输信息的存在。当一个观察者使用这个理想的信息传递者“看到”两个事件同时发生时，所有其他观察者也将“看到”两个事件同时发生。但在目前的认知体系里这样的信息传递者并不存在，因此我们需要使用速度有限的媒介来传递信息。这里提到了速度的概念，它是指物体在单位时间内穿过空间的距离。请原谅我在时间没有定义清楚前就使用速度的概念，这就是定义基础概念的困难处，我们很难不使用非基础概念，因此也很难避免循环定义的问题。我们的目标是尽可能地消除信息传递引起的时间差。目前最常用的介质是光，因为众所周知光的速度最快，对于速度较慢、距离较短的物体之间的信息传输，使用光作为载体几乎可以忽略延迟。因此，使用光作为传输信息的介质是非常合适的，但是光有一个与众不同的特性：相对任何参考系的速度保持恒定。当观察者与两个事件等距时，如果他看到这些事件同时发生，就可以推断出这些事件确实同时发生。同时性第二原则：如果事件A与事件B同时发生，事件B与事件C同时发生，则事件A也与事件C同步发生。
（3）第三种情况是，当两个事件发生在不同的惯性系（相对运动）中时，如何确定它们的同时性。假设球A和球B处于相对运动状态，而球C和球A保持静止。当球B与球C碰撞时（事件B和事件C）。球A爆炸（事件A）。我们可以使用上述方法来证明事件A和事件C是同时发生的。根据“第一同时性原则”，事件B和事件C是同时的，根据“同时性第二原则”，事件A和事件B是同时的。因此，不同的惯性系也可以建立同时关系。
（4）对一个观察者来说是同时发生的事件对其他观察者来说也是同时发生的吗？关于这个问题阿尔伯特-爱因斯坦提出了一个有趣的思想实验：我们假设一列非常长的火车以恒定速度v沿着铁轨行驶，在路基上设置三个点A、B和M，M位于AB连线的中心，火车上也有三个对应的点A＇、B＇和M＇，AB=A＇B＇，AM=A＇M＇，BM=B＇M＇。路基上有一个观察者张三站在M点，火车上有一个观察者李四站在M＇点上。这时A、B两点分别发生雷击，路基上的观察者张三观察到Ａ、Ｂ两处的雷击同时发生，意味着在发生雷击的Ａ处和Ｂ处发出的光，在路基ＡＢ的中点Ｍ处相遇。但是雷击事件也对应发生在火车上的A＇，B＇两点，对于火车上M＇点的观察者李四而言雷击事件是否同时呢？当闪电发生时(相对于路基而言)，火车上点M＇与路基点Ｍ重合，但是此时火车上M＇点处的观察者李四正在朝着来自Ｂ点的光线急速行进，同时他又是在远离Ａ点的光线。因此李四将先看见来自Ｂ发出的光线，后看见Ａ发出的光线。所以，列车上的观察者李四就必然得出这样的结论：两处雷击事件并不是同时发生的，这被爱因斯坦称为“同时性的相对性”。
（5）在上述描述里闪电事件被认为发生在路基参考系里，如果把事件放到火车参考系里会怎样？就是说闪电分别发生在列车的A＇点和B＇点，根据相同的逻辑推理，火车上M＇的观察者李四会观察到雷击同时发生，路基上的M处观察者张三观察到A点雷击先于B点。你一定会认为雷击怎么可能发生在火车参考系里呢？但仔细想想就会发现如果光速相对任何参考系都恒定的假设成立，那么一个瞬时事件就可以放在任何参考系里。为了证明这一点我们将上述实验修改一下，使用击发装置代替闪电：在路堤的A、B两处装上伸出的打火石，与之对应的火车上A＇、B＇处也装上伸出的打火石，当A与A＇，B与B＇相遇时打火石会擦出火花。你能分辨出火光是从路堤还是火车上发出的？上述2个实验如果同时为真则会打破过去与未来的秩序链条，如果不想改变这个原有的世界观，我认为张三和李四都是同时看到火花。因此我们可以得出判断：对某一观察者同时的事件对其他任何观察者也是同时的，此为同时性第三原则。
相对性原理与光速不变原理
上述实验关联到2个法则：相对性原理和光速不变原理。相对性原理是一种直观的判断。它是基于我们对空间和时间最基本的认知：时空的定义离不开观察者视角，观察者角度的切换就产生了相对性的问题：时空是否对每个观察者都是平等的？我们一般更倾向于肯定的答案。空间的概念一般包含位置、方向、长度等，随着观察者视角的变换这些信息也会随之改变，我们可以用一套数学模型来转换这些关系。在这样的转换中我们遵循一些原则，例如：2个观察者之间的相互空间度量是恒等的。就是说A测量与B之间的相对距离与角度跟B测量与A之间的相对距离与角度是相等的。同时我们默认2个观察者可以使用同一个时钟，因此会有以下结论：当物体A观察到物体B以速度v移动时，物体B也同时看到物体A以相同的速度v＇沿相反方向移动。这是洛伦兹变换的一个默认条件，但在在洛伦兹变换的推理中两个相对运动的惯性坐标系S和S＇的时空坐标分别为（x，y，z，t）和（x＇，y＇，z＇，t＇）。从中可以看出2个惯性坐标系没有使用同一个时间系统，因此不能默认2者有相同的相对速度，需要证明v=v＇才能推导出洛伦兹变换。
光速恒定原理不是一种直觉的判断而是逻辑的推论，光在物理学中有着特殊的意义，我们看到的事物都依赖于光。因为光速是有限的，所以它不是理想的信息载体，爱因斯坦曾经想到过这样一个问题：当一个观察者相对于时钟的速度超过光速时，他会看到什么？他可能会看到时光倒流。光的特性使我们无法验证光的恒速原理，这不是技术问题，而是一个逻辑问题。但一些现象可以从侧面证明光速恒定是可能的，例如恒星光行差和双星系统。但与此同时,还有其他现象表明不同的结论,如黑洞喷流现象,距离地球数亿光年的黑洞喷出数万光年长的喷流，如果喷流各部分发出的光以恒定的速度行进了数亿光年到达地球，在这个过程中，地球和喷流不可能保持相对静止，因此，在我们的相机胶片中，喷流不会呈现为直线，但事实上，我们在照片中看到的喷流具有直线形状，这只有在光线几乎瞬间到达地球时才有可能。光速恒定的原理很难与相对性原理相协调。从哲学的角度来看，如果逻辑认为某物相对于任何观察者有恒定的速度，我们就可以假设任何恒定速度的存在，比如恒定静止的以太。
结语
数学在我们理解世界中起着极其重要的作用，但我们常常会迷失于数学优美的推导过程，而忽视其中所隐含的因果法则是否与现实场景匹配。特别是以数学模型为认知基础的时代里，哲学逐渐从自然科学领域退出。但真理的标准也日渐模糊，我们很难确定一个模型是否是托勒密模型。科学追求必然性，哲学探索可能性。本文从认识论的角度对此进行了探讨。我们判断真伪的标准不是固定的，但现象和逻辑仍然是认知的基础。
时间与直觉
直觉是一种判断方式，不需要复杂的逻辑推理，可以直接从现象中推断出来。可以说，直觉是认知的来源，例如，当A=B，B=C时，则A=C。直觉判断还需要通过经验和逻辑来验证，因此，要确定直觉是否正确，需要满足以下条件：1.不能在经验中有反例（完备性）；2.不能推导出逻辑上自相矛盾的结论（一致性）；3.不可被推导（独立性）。满足这三个条件的直觉判断就可以称之为公理。说到公理，我们必须说说欧几里德几何和非欧几里德几何，欧几里德几何中有一个平行公理：同一平面内，过已知直线外一点有且只有一条直线与已知直线平行。它符合上述三个“直觉原则”。然而，罗巴切夫斯基提出了一个完全不同的“平行公理”：即在一个平面上，过已知直线外一点至少有两条直线与该直线不相交。这一观点与我们的经验相矛盾，不符合上述“直觉原则”。这是因为我们的直觉经验是基于平面几何的，但如果我们将罗巴切夫斯基的“平行公理”与其他几何公理一起用作定义，我们可以推导出另一个系统，当这些系统应用于双曲面时，它们可以在逻辑上一致。在双曲面上，罗巴切夫斯基的“平行公理”仍然满足“直觉原则”。由此可以看出，数学公理这类直觉判断并不是“先验的”、“自明的”，时间与空间的概念也同样不是。人们从日月交替四季更迭的现象中能感受到时间似乎循环往复，又从生命的由幼及老由生到死感受到时间如大河奔流永不回头。
时间不是一种可以直接感知的存在，我们直接感知运动、快、慢和速度等概念。我们对速度等概念的认知可能早于对时间的认知。在赛马场上，我们不需要时钟甚至不需要了解什么是时间就能分辨出哪匹马跑得最快，但如果是比较两匹不同地方的赛马谁更快就不那么容易了，首先需要从奔跑的马身上提取时间和空间的概念，还要精确地测量才能进行比较。空间的测量相对简单，只需要一个坚硬的固体物，我们假设它具有空间不变性，这就是尺子。测量时间有点复杂，我们需要一个装置，我们假定它具有时间周期的不变性，这就是时钟。一些似乎具有重复周期的现象使我们能够记录时间，比如日月星辰的运行、桶里滴落的水等等。这些周期性现象使时钟成为可能。长期以来，我们一直使用地球的自转和公转周期作为标准时钟。但事实上，我们没有依据来判断这个时钟的每一个周期是否一致。想象一下，在一个地下世界里生活着一群智慧生物，他们从未见过外面的世界，他们会用什么作为标准时间呢？在依靠直觉来判断时间的时代用哪一只钟来作为标准钟对“穴居人”来说并无区别。我们凭直觉相信今天与昨天，时钟的这个“滴答”与下一个“滴答”时长是一致的。
在没有时钟的世界里我们还会有时间的概念吗？假如有一个无序世界，也就是说没有任何一个现象具有稳定的周期，意味着我们找不到一个时钟，这时有A、B、C、D四个事件发生，我们该如何记录事件的发生呢？A事件发生在先，B事件发生在后，C事件和D事件同时发生，这些概念构成了过去、现在、未来的一个时间序列，在我们的直觉里，这个序列是单向的，不可逆的。
从上述讨论中可以看出，直觉判断是基于经验主义的，从这个角度来看，时间是意识的产物。过去只存在于我们的记忆里，未来只存在于我们的想象中。在直觉的世界里，时间是不可观测的，当我们观察到2只钟不同步时通常会认为这是时钟的问题而不是时间的问题。但我们的经验一般都局限于宏观现象，在非宏观世界，许多现象与我们的直觉相悖。
时间与科学
17世纪艾萨克·牛顿提出了著名的惯性定律，在他的理论里隐含了时间和空间的法则：一个未受外力的非静止物体在空间中经过的同等距离时也必然经历同等的时间。从此我们对时间的认知不再凭直觉而是受物理定律和数学公式所支配，时间的尺度可以精确的定义，事实上很多物理定律都与时间和空间相关，例如麦克斯韦方程式，规定了可以通过测量电与磁的方式来标定时间和空间，我们可以把这类基础公式称为时空方程式。数学在科学中的作用至关重要，以公理或定义为基础，依逻辑而演绎，这听起来像是一种游戏，当我们把现实世界的元素转变为数学符号，会发现两者非常契合，这表明两者之间必然遵循着某种共同的规律。当我在一个盒子里放了一块硬币，过会再放一块硬币，你会相信盒子里现在有2块硬币,这与数学上1+1=2是完美匹配的；但如果是一个魔术师来做同样的事，你可能会怀疑盒子里有3个硬币或一个也没有。加法法则在现实世界中不是任何时候都值得信赖的，它必须对应物质守恒定律——物质不可凭空产生和消失。虽然数学作为抽象概念是无法证伪的，但数学在现实应用中是可以证伪。加法规则也适用于时间和空间，但与物质守恒原理一样，空间和时间也必须受到限制：空间和时间必须连续均匀。只有这样，我们才能保证一个刚性的“量尺”在空间中移动时它的长度是保持不变的，一个时钟的“滴答”和下一个“滴答”间隔是一致的。使用数学模型作为认知的基础，而不是依赖公理直觉，确实可以解决直觉的局限性，但也会损失理论的可证伪性。如果托勒密的天体模型经过不断完善，能够准确预测每颗行星的轨迹，我们是否也会认为“地心说”是合理的？
在时空方程中，时空不再是意识的产物，而是客观存在的“自在之物”，时间变得可观察。当我们观察到2个时钟不同步时也许会说：这是因为这里的时间比那里更慢。在科学的世界里时间会膨胀，空间会弯曲。
现代科学已经为时间尺度建立了极其精确的定义，并开发了超越天文现象精度的标准时钟。我们对时间精确性的追求从未停止，但从根本上讲，我们寻求对事件“同时性”的判断。换句话说，我们依靠“同时性”来建立时间秩序。
同时性
时间包括过去、现在、未来和同时等概念。在这些概念中，“同时”是最重要的。只有定义“同时”，才能进行时间比较，计时才有意义。我们以感知来判断存在，判断2个事件的是否同时发生也需要通过某种方式感知事件，第一种方法可以采用直接观察的办法，第二种方法可以通过时钟比较来判断。直接观察法是观察者直接感知到2个事件同时发生，最典型的例子是照相，假设有一台快门速度可以忽略不计的照相机，发生在不同事件的光线同时抵达照相机底片上，当看到照片上同时存在2个事件的影像，我们就可以说2个事件是同时的。例如照片上显示火车站台上的挂钟时间是8点和一列火车正在进入站台，我们可以确定地说这列火车8点到站；但这种方法也存在弊端，一张照片显示星空中有2颗超新星发生爆炸，我们却不能肯定2个事件是同时发生爆炸的，因为2颗超新星离地球的距离可能不一样，而恒星之间的距离让我们无法忽略光传播过程的时间差。直接观察有赖于事件发生地点到观察者之间的信息传递。另一种判断同时性的方法需要2个完全同步的时钟，2个时钟分别放在事件发生所在地，事件发生时如果2个时钟指向同一个位置则可以认为2个事件是同时的。首先我们需要将2个时钟校准同步，然后将2个钟分开放到事件发生地，但此时我们无法保证它们依然是同步的，为了验证这一点又只能依靠第一种方法。因此本文的论述全部采用直接观察法。同时性的对象是事件：由物质存在引起的可观察现象。由于同时性与特定时刻有关，因此本文中讨论的所有事件都是瞬时的。
同时性原理
事件的同时性取决于观察者，根据观察者的状态可分为以下三种情况：
（1）假设有2只球A和B，让A球撞击B球，我们可以说“A球受到撞击与B球受到撞击是同时发生的”，2个事件发生在同一空间位置和同一时间，不论观察者站在何种角度都不会否认这一事实，因此这称为同时性第一原则：2个事件在同一空间位置同时发生可认为2个事件是同时的。
（2）当两个事件发生在同一惯性系（相对静止）但不在同一空间位置时，事件和观察者之间存在空间距离，因此有必要考虑从事件发生到观察者观察到的信息传输过程。最理想的情况是假设存在一个可以通过空间瞬时传输信息的存在。当一个观察者使用这个理想的信息传递者“看到”两个事件同时发生时，所有其他观察者也将“看到”两个事件同时发生。但在目前的认知体系里这样的信息传递者并不存在，因此我们需要使用速度有限的媒介来传递信息。这里提到了速度的概念，它是指物体在单位时间内穿过空间的距离。请原谅我在时间没有定义清楚前就使用速度的概念，这就是定义基础概念的困难处，我们很难不使用非基础概念，因此也很难避免循环定义的问题。我们的目标是尽可能地消除信息传递引起的时间差。目前最常用的介质是光，因为众所周知光的速度最快，对于速度较慢、距离较短的物体之间的信息传输，使用光作为载体几乎可以忽略延迟。因此，使用光作为传输信息的介质是非常合适的，但是光有一个与众不同的特性：相对任何参考系的速度保持恒定。当观察者与两个事件等距时，如果他看到这些事件同时发生，就可以推断出这些事件确实同时发生。同时性第二原则：如果事件A与事件B同时发生，事件B与事件C同时发生，则事件A也与事件C同步发生。
（3）第三种情况是，当两个事件发生在不同的惯性系（相对运动）中时，如何确定它们的同时性。假设球A和球B处于相对运动状态，而球C和球A保持静止。当球B与球C碰撞时（事件B和事件C）。球A爆炸（事件A）。我们可以使用上述方法来证明事件A和事件C是同时发生的。根据“第一同时性原则”，事件B和事件C是同时的，根据“同时性第二原则”，事件A和事件B是同时的。因此，不同的惯性系也可以建立同时关系。
（4）对一个观察者来说是同时发生的事件对其他观察者来说也是同时发生的吗？关于这个问题阿尔伯特-爱因斯坦提出了一个有趣的思想实验：我们假设一列非常长的火车以恒定速度v沿着铁轨行驶，在路基上设置三个点A、B和M，M位于AB连线的中心，火车上也有三个对应的点A＇、B＇和M＇，AB=A＇B＇，AM=A＇M＇，BM=B＇M＇。路基上有一个观察者张三站在M点，火车上有一个观察者李四站在M＇点上。这时A、B两点分别发生雷击，路基上的观察者张三观察到Ａ、Ｂ两处的雷击同时发生，意味着在发生雷击的Ａ处和Ｂ处发出的光，在路基ＡＢ的中点Ｍ处相遇。但是雷击事件也对应发生在火车上的A＇，B＇两点，对于火车上M＇点的观察者李四而言雷击事件是否同时呢？当闪电发生时(相对于路基而言)，火车上点M＇与路基点Ｍ重合，但是此时火车上M＇点处的观察者李四正在朝着来自Ｂ点的光线急速行进，同时他又是在远离Ａ点的光线。因此李四将先看见来自Ｂ发出的光线，后看见Ａ发出的光线。所以，列车上的观察者李四就必然得出这样的结论：两处雷击事件并不是同时发生的，这被爱因斯坦称为“同时性的相对性”。
（5）在上述描述里闪电事件被认为发生在路基参考系里，如果把事件放到火车参考系里会怎样？就是说闪电分别发生在列车的A＇点和B＇点，根据相同的逻辑推理，火车上M＇的观察者李四会观察到雷击同时发生，路基上的M处观察者张三观察到A点雷击先于B点。你一定会认为雷击怎么可能发生在火车参考系里呢？但仔细想想就会发现如果光速相对任何参考系都恒定的假设成立，那么一个瞬时事件就可以放在任何参考系里。为了证明这一点我们将上述实验修改一下，使用击发装置代替闪电：在路堤的A、B两处装上伸出的打火石，与之对应的火车上A＇、B＇处也装上伸出的打火石，当A与A＇，B与B＇相遇时打火石会擦出火花。你能分辨出火光是从路堤还是火车上发出的？上述2个实验如果同时为真则会打破过去与未来的秩序链条，如果不想改变这个原有的世界观，我认为张三和李四都是同时看到火花。因此我们可以得出判断：对某一观察者同时的事件对其他任何观察者也是同时的，此为同时性第三原则。
相对性原理与光速不变原理
上述实验关联到2个法则：相对性原理和光速不变原理。相对性原理是一种直观的判断。它是基于我们对空间和时间最基本的认知：时空的定义离不开观察者视角，观察者角度的切换就产生了相对性的问题：时空是否对每个观察者都是平等的？我们一般更倾向于肯定的答案。空间的概念一般包含位置、方向、长度等，随着观察者视角的变换这些信息也会随之改变，我们可以用一套数学模型来转换这些关系。在这样的转换中我们遵循一些原则，例如：2个观察者之间的相互空间度量是恒等的。就是说A测量与B之间的相对距离与角度跟B测量与A之间的相对距离与角度是相等的。同时我们默认2个观察者可以使用同一个时钟，因此会有以下结论：当物体A观察到物体B以速度v移动时，物体B也同时看到物体A以相同的速度v＇沿相反方向移动。这是洛伦兹变换的一个默认条件，但在在洛伦兹变换的推理中两个相对运动的惯性坐标系S和S＇的时空坐标分别为（x，y，z，t）和（x＇，y＇，z＇，t＇）。从中可以看出2个惯性坐标系没有使用同一个时间系统，因此不能默认2者有相同的相对速度，需要证明v=v＇才能推导出洛伦兹变换。
光速恒定原理不是一种直觉的判断而是逻辑的推论，光在物理学中有着特殊的意义，我们看到的事物都依赖于光。因为光速是有限的，所以它不是理想的信息载体，爱因斯坦曾经想到过这样一个问题：当一个观察者相对于时钟的速度超过光速时，他会看到什么？他可能会看到时光倒流。光的特性使我们无法验证光的恒速原理，这不是技术问题，而是一个逻辑问题。但一些现象可以从侧面证明光速恒定是可能的，例如恒星光行差和双星系统。但与此同时,还有其他现象表明不同的结论,如黑洞喷流现象,距离地球数亿光年的黑洞喷出数万光年长的喷流，如果喷流各部分发出的光以恒定的速度行进了数亿光年到达地球，在这个过程中，地球和喷流不可能保持相对静止，因此，在我们的相机胶片中，喷流不会呈现为直线，但事实上，我们在照片中看到的喷流具有直线形状，这只有在光线几乎瞬间到达地球时才有可能。光速恒定的原理很难与相对性原理相协调。从哲学的角度来看，如果逻辑认为某物相对于任何观察者有恒定的速度，我们就可以假设任何恒定速度的存在，比如恒定静止的以太。
结语
数学在我们理解世界中起着极其重要的作用，但我们常常会迷失于数学优美的推导过程，而忽视其中所隐含的因果法则是否与现实场景匹配。特别是以数学模型为认知基础的时代里，哲学逐渐从自然科学领域退出。但真理的标准也日渐模糊，我们很难确定一个模型是否是托勒密模型。科学追求必然性，哲学探索可能性。本文从认识论的角度对此进行了探讨。我们判断真伪的标准不是固定的，但现象和逻辑仍然是认知的基础。
