1樓：DoDo敲可愛
這其實就是狹義相對論中關於長度收縮效應乙個經典的悖論——火車悖論，很好的用來理解所謂的同時性的相對性的例子。
我們先把題主的問題換一種表達方式：一列火車和乙個山洞，它們的原長都是 ，火車以相對山洞 的速度向著山洞運動，而山洞的前端是封閉的；火車從山洞的後端駛入山洞，當火車尾恰好進入山洞後端時，山洞前端的封閉立即消失，問火車能否通過這個山洞。
個人認為這是雜七雜八的火車悖論的乙個比較好的表述。我們先按照「悖論」來考慮：
當觀察者站在地面上時，由於長度收縮效應，火車的長度將變為 ，也就是火車的長度小於山洞的長度，所以在地面上的觀察者看來，火車是可以通過山洞的。
當觀察者站在火車上時，同樣由於長度收縮效應，山洞的長度將變短，這也就是說在火車上的觀察者看來，火車是無法通過山洞的。
這就是經典的長度收縮效應帶來的「火車悖論」。顯然，這樣的結果明顯不符合相對性原理中所有慣性系都等價的表述，而這就是所謂同時性的相對性發揮作用的地方。
我們需要引入所謂同時性的相對性。我們需要先考慮乙個參考係 中同時發生了兩個事件 ，那麼在相對於 係以速度 運動的參考係 ，這兩個事件的時間間隔很容易用洛倫茲變換求到：
，可以看到，當 不等於 或者 時，在 看來，這兩
個事件並不是同時發生的。
我們回到題目，注意到其中有這樣的表述：當火車尾恰好進入山洞後端時，山洞前端的封閉立即消失。可以看到，車尾到達山洞後端這個事件和山洞前端封閉這個事件需要同時發生，我們不妨假設，在地面上的觀察者看來，這兩個事件同時發生。
我們假設在地面觀察者看來這兩個事件同時發生，同時在地面參考係中，我們把原點設在山洞後端，而 軸正方向指向山洞前端；這樣， 兩個事件分別代表火車尾到達山洞後端以及山洞前端封閉消失這兩個事件。那麼，在火車上的觀察者看來，這兩個事件並非是同時發生的——經過上一部分提到的公式的計算，這裡的 （因為這裡的 ）,也就是說，在火車上的人看來，山洞的前端提前解除了封閉。正是這一段提前了的時間，保證了火車頭不會撞向山洞前端，也就是說這種情況下，在火車上的觀察者看來，火車也是可以通過山洞的——「火車悖論」並不存在。
這個問題的關鍵在於，由於同時性的相對性，兩個事件同時發生這一表述實際上是需要給定參考係的，而提出這個悖論的人有意無意的繞開了這一表述所在的參考係。當我們認識到這一點時，悖論便不存在了。
2樓：花與劍
這個問題可以從"同時"的相對性的角度來理解。
首先以隧道參考係來看，隧道兩頭同時封閉，火車以接近光速行駛而來，由於尺縮效應，火車長度變短，火車能封閉在隧道內。這一點很好理解。
再以火車為參考係來看，山洞以接近光速而來，再用尺縮效應，隧道的長度變短，火車就無法被封閉在山洞內。
這顯然是相互矛盾的，不論以什麼為參考係，事件都應該只有乙個結果(要麼能封閉，要麼不能)
關鍵在於隧道前後兩頭封閉的同時性。
以隧道為參考係，設隧道前端在t時刻封閉，運用洛倫茲變換，得出隧道的後端也是在t時刻封閉。
再以火車為參考係，設隧道前端在t時刻封閉，但隧道後端卻並不在t時刻封閉(同樣用洛倫茲變換)，也就是說，以火車為參考係來看，隧道並不是同時封閉。
對於兩個不同的參考係，隧道前後封閉的"同時"具有相對性。
於是，以火車為參考係，隨到長度變短，當火車前端行駛至隧道前端時，前端封閉。這個時候雖然火車還有一部分會在隧道外，但隧道的後端還未封閉，等到火車的後端也駛入隧道，才至其封閉的時刻。
當然這個問題用隧道封閉來理解不是很方便，可以用雷擊的問題來模擬。
火車與隧道等長，現火車以接近光速駛入隧道，當火車前端與隧道前端重合時，隧道前後同時發生雷擊(以隧道為參考)，問火車是否被雷擊中。
按照上述的分析模擬之下火車不會被雷擊中。
3樓：sml3194
這個問題覺得題主描寫的不太準確
山洞是兩端開口的，還是一端開口的？
碰到內壁是啥意思？內壁的定義是啥？
我這樣描述，看看是不是題主的意思。
1 山洞一端開口，另一端為死胡同，開口處有乙個門。
2 山洞深度與火車的本徵長度相同。火車以相對於山洞為接近光速駛入3 以山洞為參考係，在火車頭部抵達山洞盡頭處時，關閉洞口的門。
問火車是否會被關閉在山洞中？
( _)下面我說一下我的答案。
答案是會（假設火車不減速，撞上為止）。
這時候說一下地面上的人和火車上的人會看到什麼樣的現象。
地面上很好說，火車看起來比山洞短，因此火車會被關在裡面。
有些人可能會比較疑惑火車上看到的景象。因為在運動的過程中。火車上的人看到的火車是比山洞要長的。
但為什麼還會出現這種情況呢。因為，在地面上看到兩個點發生的事件的先後順序可能在火車上可能會顛倒過來。火車上的人會看到頭部先撞上山洞盡頭，而火車後部還在繼續向前行駛，而火車被撞停止的狀態會從頭部向尾部一點點傳遞。
而停止的部分在車裡的人看來也會變短，事實上因為碰撞壓縮本身就回變短，而車裡的人只不過會看到更短而已。假設車裡的人不會撞死，並繼續穿過火車前部殘骸繼續以原速度前進。那麼他會看到等到車縮短到山洞能容得下的時候，洞門關閉。
4樓：
簡單的說，相對論中不存在絕對剛體，資訊的傳播速度不能超過光速。若山洞足夠堅硬，在火車參考係看來，在火車撞到山洞內壁後車尾仍在運動，導致火車被壓縮從而被關進山洞。
5樓：
這個問題的核心，在於」瞬間」涉及到」同時」的問題，而相對論中，同時的概念是相對的。
如果是山洞出口參考係負責關山洞門，在山洞頭遇到車頭的同時關門。在山洞系看來，火車由於尺縮變得比山洞短，於是火車就被關在洞裡了。
而在車參考係看來，山洞由於尺縮效應變短，車頭與山洞重合，所以車尾在洞外。但由於同時的相對性，此時車尾的時間尚未關門。等到車尾遇到關門時，車尾已經進去了，而車頭早已出洞了。
在車參考係看來，山洞出口下關門指令與山洞尾關門不是同時。
總的說來，火車系眼中同一時刻的車頭與車尾，在山洞系看來，相隔的不僅僅是距離，還有一段時間。
6樓：省油de燈
（把洞壁換成可以撞碎的）在火車上的人看來，山洞變短，火車比山洞長，但是在火車上的人看來，撞到洞壁和關門不是同時的，先撞到洞壁並把它撞碎，然後又往裡開了一點，尾巴進來了，後面的門才關上。
不可撞碎的貌似不是這個道理
7樓：銀色韻律
瀉藥，我並非物理專業，只是天文愛好者，就讓我站在外行對相對論的理解角度來說說這個問題。
這個問題應該是對長度收縮效應也就是尺縮效應的應用，因為空間是相對的，依賴於觀察者所處的參考係，所以在同乙個參考係中，比如火車上的乘客觀察自己這輛火車，其長度不會發生任何改變。但對另乙個參考係的觀察者而言，比如站在山洞外的人看來，高速運動火車的長度將會沿運動方向收縮。
後面一種情況是因為，要想知道火車的長度，就必須同時記下它兩端的空間位置。這兩個空間位置之間的距離就定義為運動火車的長度。運動的火車在沿火車前進方向的長度比它靜止時的長度短。
這裡面是有物理數學公式可以推導……具體就不說了，因為題主只是想要科普，所以知道結論就行了。
結論就是：當乙個物體運動速度接近光速時，物體周圍的時間會迅速減慢、空間會迅速縮小。當物體運動速度等於光速時，時間就會停止、空間就會微縮為點，也就是說出現零時空。
回到題目，火車長度和山洞深度相同，火車近光速駛入山洞，在火車頭碰到山洞內壁瞬間封閉洞口，能否把火車關在裡面？答案是可以，因為只要火車沒有減速，它的長度就會縮短，比山洞更短，所以它就可以被關進山洞裡。
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