难住爱因斯坦的双生子佯谬:坐宇宙飞船去旅行,回来怎么年轻了?


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有这样一个问题 , 它是爱因斯坦相对论的最大的敌人 , 困扰了无数科学家 。
这个问题就是物理学界最著名的双生子佯谬 , 一对孪生兄弟的时间旅行 。

这个问题充分说明了参考系的重要性 , 从而激发了更多物理理论的完善 。
那么 , 双生子佯谬究竟在当年掀起了怎么样的风暴?

参考系
为什么坐火车看见窗外的景色在向后退?
我们站在地面上一动不动 , 其实一天运动了8万里 , 为什么手机上显示不出来?
这一切的现象都来自于参考系的选择 , 这个世界上不存在绝对的静止 , 任何物质都是在运动的 。
那么 , 既然参考系选得不同 , 是不是说明宇宙中存在不同的时间系统呢?
早在古代的传说中就有天上一天 , 地上一年的说法 。
很长一段时间 , 人们都当这个是假象 , 并不存在 。

然而在1905年 , 一个叫爱因斯坦的人表示 , 真的存在“天上一天 , 地上一年”的情况 。
假如神仙们每天都在以光速在天上飞来飞去 , 那么他们的一天就相当于正常情况下的一年 。
这就是根据他的狭义相对论而产生的钟慢效应 , 即一个物体的速度越快 , 所感受到的时间流逝就会越慢 。
此外 , 狭义相对论还诞生了时间膨胀 , 即质量越大的物体它周围空间的时间流逝也会变慢 。
我们可以理解为 , 天庭的质量非常大 , 超过了凡间 , 而且神仙们的运动速度都在光速以上 。

所以 , 他们的一天时间等于普通人的一年 。
放眼宇宙 , 符合这样条件的地方只有一个 , 那就是黑洞 。
敢情搞了半天 , 神仙们住的地方是黑洞?顿时对神仙的住所没有多大的向往了 。
然而 , 站在神仙的角度来看人间 , 就有点像坐火车 , 人间与他们的飞行方向相反 , 且速度也是光速 , 只不过方向是反的 。

这样看下来 , 神仙不可能感受到人间的一年 , 以他们为参考系 , 人间才是那个“天庭” 。
甚至于 , 神仙本身相对于天庭来说是静止的 , 人间相对于它们反而是光速运动的 。
神仙看到的人间 , 时间也变慢了 。
这听起来有点匪夷所思 , 因为按照我们一般人的想法 , 神仙会觉得人间过得很快 , 他们吃个饭的时间 , 人间的一对新人就已经走完了结婚生孩子的一条龙 。
或许这就是物理的奇妙之处 , 总是让人颠覆世界 。
包括爱因斯坦本人的相对论 , 也被人用相似的理论质疑过 。

双生子佯谬
1911年 , 朗之万提出了著名的双生子佯谬 , 这位法国来的物理学家质疑爱因斯坦在6年前发表的狭义相对论 。
他假设一对孪生兄弟熊大和熊二 , 熊大坐上飞船离开地球 , 先通过加速让飞船达到光速 , 之后进行匀速直线运动 。
航程过半掉头 , 以光速返回地球 , 在距离地球有一定距离的时候减速 , 最后降落在地面与熊二汇合 。
熊二则留在地球上等待哥哥 , 等熊大在飞行一年之后回来 , 发现熊二已经老了 。

乍一看这个假设是在对爱因斯坦的狭义相对论进行注解 , 然而郎之万说到 , 整件事情可以换一个角度去看待 。
对于参加飞行的熊大来说 , 他对于飞船来说是静止的 , 在他看来 , 自己的兄弟熊二 , 是在朝相反的反向运动 。
熊大除了刚开始的加速和最后的加速 , 其他时候都在以光速匀速直线运动 。

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