上章最后讲到了祖父悖论这种费人脑子的东西,这次来看看一个更加费人脑子的东西——双生子悖论,又称双生子佯谬。
这个悖论严谨来说比较复杂,我可以简化得说。
有一双胞胎,一个叫大货,一个叫二货。一天,身为航天员的二货要驾驶宇宙飞船(这艘飞船接近光速)远行,要到另一个行星系去。以狭义相对论这个理论来推断,回来后大货应该比归来的二货老很多很多。
这个很容易理解——若你对相对论略知一二。对于相对论,自己听过比较多的一句话是“速度越快,时间流逝得越慢”,这是根据以下公式得出的:t’=t/√1-(v²/c²)。
但是,按悖论的定义,还有一个答案。
那就是参照系(即参照物)的不同。
刚刚那个答案是以在地球上的大货为参照系的,但若将二货为参照系的话,本来的二货飞速向大货远去,便变成了——大货飞速向二货远去。
那应该二货比大货更老啊😱😱😱……
这个问题真的就没有答案了吗?
不,有答案,接下来设一个假设。
听我慢慢道来。
“双生子悖论”实际不是悖论,而是双生子佯谬,仅一个答案——二货比大货年轻。
其实刚开始我也是很懵……
无奈之下,我只好查资料。
明白了……嗯,应该明白了。
在一个参考系中,不受力的物体会保持相对静止或匀速直线运动状态(牛顿第一定律),其时间是均匀流逝的,空间是均匀和各向同性(了解各向同性这东西暂时没用,以后再说)的。在这样的参考系内,描述运动的方程有着最简单的形式,此参考系就是惯性参考系(惯性系)。
我觉得这有些类似牛顿的时空观。我知道,这个宇宙中很难发现真正的惯性系。
好了好了言归正传……
这个双生子佯谬的确有些拗脑,我简化了说。
至于对这个佯谬需要掌握的一些相对论的知识……我不太专业的同你说说即可,毕竟这书也不专门讲这个……
大货一直在地球上,而二货在飞船上,因为在速度接近光速的飞行中,时间在二货看来流逝得很——慢很慢,但大货或许没有丝毫感觉。
二货回到了地球。
这期间需要进行以下三个程序:
减速(准备转弯)
转向(定位目标)
加速(开始返回)
我们慢慢捋捋。
减速过程中,二货衰老速度与大货衰老速度逐渐接近;转向过程中,有一段时间二货衰老速度与大货最接近;移至地球方向后,开始加速,加速过程中,二货衰老速度相对大货逐渐变慢。然后减速慢慢接近地球。
以上过程中地球上的大货衰老速度不变。
稍微想想就知道,大货肯定比二货老。
有些读者刚读懂可能又懵了:不对啊?那如果以飞船为主参考系,而地球就会像之前飞船那样啊,那不就是大货比二货年轻吗?
其实,你们忽略了些概念——相对性原理。
μ子。
读者已不耐烦。
说了这么一大堆其实也是为了循序渐进嘛……
其实关键得在转向这一个环节。
相对性原理得介绍一下。
相对性原理是由意大利的伽利略发现的:在任何惯性系中,力学规律保持不变。
看了有些懵?
不严谨说力学规律其实就是指那些有关力学的所有现象以及规律。
惯性系我还是得说一下,其实惯性系有很多,不一定静止和匀速运动这一类所统称的才是惯性系。
……
其实对于该佯谬的解答差不多就是对相对性原理和相对论时间膨胀效应的误解,不是所有东西都是相对的。
在这里,我们其实并不需要太多考虑以哪个为参照物的问题,而是二货在运动——这个是“绝对的”(仔细想想我为什么要加双引号)。
有关这个佯谬的解释要是利用世界线和μ子的相关实验其实是更加易解的。
好了,我再说一句特别重要的话:若以上内容有错误或纰漏,强烈建议有识之士针对某一段做出正确的建议和意见,毕竟这是作者在阴影心情中写了6天的文章。