关于狭义相对论：从尺缩效应到时间延缓到双生子佯谬

一、你所说的这个“如果……那么……”确实可以推出，但一般不是这样得到的，而是从一些最基本的东西。狭义相对论（以下简称狭相）最基本的两条原理（假设）：光速不变原理和相对性原理。狭相中所有推论都能从这两个假设得到，一般的流程是从这两条原理得到时空间隔不变性（相对论工作者喜欢把它叫做固有时不变性，两个意义一样，只差一个光速c），即ds²=-c²dt²+dx²+dy²+dz²这个量（或者它的相反数）在不同的惯性参考系中不变，这里可看出时间与空间相互影响，并共同构成一个四维时空，“同时相对”，必然导致“同空间相对”，反之亦然。在此基础上能推到得到洛伦兹变换，最后就能得出尺缩效应和钟慢效应。
二、爱因斯坦在他的第一篇相对论文章中（《论动体的电动力学》），就对“如何比较两个不同参考系中的时间”这个问题进行了很大篇幅的讨论，由于我们认定了光速不变这个假设，所以便以光信号来比较时间。相对的，假设不用光信号而用其他信号，其信号的传播速度会随着参考系之间的相对运动而变化，比较时间在逻辑上基本不可能，或者至少很难。另外，比钟的方法也不止一种，有些比钟方法可能会导致“钟快”，但不管是“钟慢”还是“钟快”，所体现的实质是一样的，没有矛盾。
三、事实上在双生子佯谬的思想实验中，并不要求“飞船不以恒定速度运行”，就算地球上和飞船中的人都是惯性观者，也会导致这个结论，因为不管何种运动，固有时必定最短；假设飞船上的人没有回来比较，而是用光信号比较两个人的年龄，得到的也是飞船人年轻这个结论。所以严格来说这个“因为……所以……”并不构成因果关系；双生子佯谬仅仅从简单的时空间隔不变性就可得到结论。很多人搞不清这个问题（梁灿彬：甚至有很多相对论工作者也在纠结这个问题），是因为没有弄懂狭相与广相的分界，认为“双生子佯谬涉及引力，需要用广义相对论解决”；事实上就算忽略引力影响，双生子佯谬的结论还是成立，所以这还是算作狭相的范畴。狭相处理的是平坦时空，广相处理的是弯曲时空，而双生子佯谬的讨论仅限于平坦的闵氏时空，所以这个问题用狭相就能解决。如果计算引力影响，这个问题会复杂得多，但结论并没有变。
四、以上的说明还只是半定量的，而且大段文字，理解起来问题可能还是很大。基本上所有的相对论科普书和本科阶段有关相对论的电动力学教材，都是用爱因斯坦的代数语言来解释狭相。狭相提出几年后，闵可夫斯基（爱因斯坦的一个导师）发现狭相的理论用他的几何语言（或者叫做四维时空语言）来描述，简直完美，并且非常容易理解；他把时间与空间一起建立坐标系，即闵氏时空，然后在里面画时空图，能得到狭相的所有推论。爱因斯坦本人期初并不认同这种几何描述方法，但很快他就发现这种方法（即微分几何）能推广到弯曲时空，为他建立广相提供了很好的帮助。此后，四维平坦的时空就被称作闵氏时空。
如果想了解四维时空语言，建议观看梁灿彬的公开课：http://open.sina.com.cn/course/id_265/
开头就讲了狭相初步和闵氏时空，看第0章就行了。