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孪生子佯谬:光速下的时间奇观

更新时间:2025-01-11 工作计划 版权反馈
【摘要】:想象那个快速远去的宇宙飞船上的飞行员是你的孪生兄弟,现在宇宙飞船提速到光速的0.99%,你的兄弟要驾驶这台宇宙飞船完成一年的太空探索,那么当你的兄弟返回时,他应该年长了一岁,那这时的你年长了多少岁呢?同样地,登上宇宙飞船的孪生兄弟看着空间站越来越远,他也可以说你在以接近光的速度后退。20世纪60年代,物理学家赫伯特·丁格尔曾表示孪生子佯谬暴露了狭义相对论的矛盾性。

想象那个快速远去的宇宙飞船上的飞行员是你的孪生兄弟,现在宇宙飞船提速到光速的0.99%,你的兄弟要驾驶这台宇宙飞船完成一年的太空探索,那么当你的兄弟返回时,他应该年长了一岁,那这时的你年长了多少岁呢?

如果你追寻宇宙飞船的飞行过程,你会发现一件很奇怪的事。飞行过程中宇宙飞船上的时钟比未离开空间站时走得慢(或者相对来说,空间站上的时钟走得快)。事实上,当你的兄弟回到空间站时,你已经走过了7年(实际时间取决于宇宙飞船的飞行速度与光速的差值——当飞行速度为光速的一半时,宇宙飞船上的1小时相当于空间站上的69分钟;当飞行速度与光速非常接近时,时间差值可能在数千甚至数百万年)。所以,现在你有了一个小自己6岁的孪生兄弟,这并非悖论。

爱因斯坦说过,所有运动都是相对的。他举的第一个例子里,电流的产生与线圈或者磁铁单方的移动没有关系,因为无论怎样,两者都是相对彼此在运动。同样地,登上宇宙飞船的孪生兄弟看着空间站越来越远,他也可以说你在以接近光的速度后退。在这种情况下,你的孪生兄弟也会看到你的时钟变慢。所以,到底谁老得更慢?是两个人都慢还是两个人都不慢?(www.xing528.com)

你可能会想,也许通过两两抵消,当我们团聚时,我们的年龄还是一样。这个推测很合理,但是并不正确。事实上,在宇宙飞船上的兄弟老得慢。20世纪60年代,物理学家赫伯特·丁格尔曾表示孪生子佯谬暴露了狭义相对论的矛盾性。如今,大部分科学家均认同相对论能解决这个问题,至于问题的答案出自狭义相对论还是广义相对论尚无定论。爱因斯坦自己曾说解决这个问题需要广义相对论,后面我们会谈到这个办法。

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