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双生子佯缪

发布时间:2020-03-03 23:30:10 来源:范文大全 收藏本文 下载本文 手机版

双生子佯缪

爱因斯坦有一个著名的双生子徉谬。假设哥哥在飞船中相对于在地球上的弟弟做近光速运动,于是地球上的弟弟看哥哥所经历的时间变慢。这样过一段时间后,哥哥的飞船回来时,他们会惊讶的发现,哥哥竟然比弟弟年轻。

我之前曾有一个疑问:因为运动是相对的, 弟弟相对于哥哥也是在做近光速运动,那么哥哥看弟弟的时间也应该时减慢的。当哥哥遨游一段时间后回到地球后,弟弟也应该是年轻着。有一个对此的解释是:哥哥经历了加速度,所以哥哥会保持年轻,而弟弟不会。这么说,是加速度使时间变慢了。但是问题又来了,推导加速度变慢时,我读过的书中多数是用一个高速转盘做理想实验的。大意是说,因为转盘越向边缘速度越大,所以时间会变慢得越明显,而边缘对应的加速度也大,由此看来是加速度使时间变慢。

但是,在这个推导里,第一,加速度与时间收缩仅仅是一个对应关系而不是因果关系。由此看所谓因果关系是强加的。或许真的有因果关系,但是我们不能因为是对应就强说因果,应当有根据。第二,他是先假设速度使时间变慢,然后在此前提下推到加速度是时间变慢。速度使时间变慢上面在质疑,既然质疑就能以之为前提,双生子徜佯缪陷入逻辑上的自洽。 既然加速度能使时间收缩没有可以说服人的推理过程,那么对哥哥保持年轻是因为他经历了加速度也就说不过去了。 既然这样,相对论关于时间的收缩为什么能经得住实验检验?

对于这个问题,我曾经问过很多人,包括老师和同学。渐渐的对这个问题明朗起来。

上面的逻辑推理过程并没有问题,但是对转盘理想实验的理解有点偏差。 理想实验只是人们辅助逻辑推理的工具,通过它推导出的物理规律是没有任何意义的。 高速转盘就是一个理想实验,它的目的不是论证加速度造成时钟变慢,而是为了帮助人们理解弯曲空间中的几何效应。 换句话说,不是由存在加速度得出加速度导致时钟变慢的结论,而是由于观察到时钟变慢,从而得出自己在弯曲空间中的结论。因为时间进程和几何性质都是物理环境的函数。 至于时钟变慢是否由于加速度导致,这个只能先假设,再由真正的实验来证明。事实上欧洲核子研究组织的粒子实验也确实证明了这一点。

归根结底,加速度是引力场的现象,而引力的本质是物质造成的时空弯曲。这样一来,广义相对论便将狭义相对论的内容完全囊括进去了。 如果要继续追问物质为什么造成时空弯曲,我想现在的物理学还不能回答。

在广义相对论体系中,双生子佯谬就变得非常自然了。 既然是双生子,那么一定是在同一个惯性系中比较的结果。哥哥离开原来的惯性系旅行,必然要经过加速度,从而进入等效于引力场的非惯性系,即弯曲时空。因此进入弯曲时空的是哥哥,老得慢的自然也是他。

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