探索“双生子佯谬”之谜,怎样理解狭义相对论的精华?

2025-03-13 04:44:27
推荐回答(5个)
回答1:

双生子佯谬故事其实就是:一对双胞胎,哥哥乘坐飞船去宇宙耍一圈回来,问到底哥哥弟弟谁更年轻?

而狭义相对论又告诉我们“运动物体时间会变慢”,但是问题关键在于,哥哥和弟弟,都可以认为自己是静止,对方在运动,哪到底谁在变慢?

我们先来分析哥哥的行为,哥哥最开始和弟弟一起静止地面(称为阶段1),然后哥哥乘坐飞船开始加速(称为阶段2),加速到速度v后做匀速直线运动(称为阶段3),开始减速(称为阶段4),到达某星球后静止(阶段5),开始反向加速往地球走(阶段6),达到速度v后做匀速直接线运动(阶段7),开始减速(阶段8),静止于地球和弟弟相会(阶段9)。

现在以哥哥为视角,让我们看看哥哥是经历了啥?

先看阶段1、阶段5和阶段9:其实哥哥和弟弟都处于相同的参考系,因为都是静止状态(这里假设遥远星球是和地球处于相对静止的状态,确保阶段5和阶段1、9处于同一个参考系)。既然都是静止,哥哥和弟弟处于相同参考系,那么他们的时间流逝速度一致,也就是说这三个阶段,哥哥和弟弟PK时间流逝,大家打成平手。

下面看阶段3和阶段7:这个过程哥哥是做匀速直线运动,处于运动惯性系,弟弟静止地球,处于静止惯性系,还是以哥哥为视角,根据狭义相对论“运动物体时间变慢”,哥哥可以认为自己没动弟弟在动,所以这2个阶段,弟弟时间流逝速度慢了,哥哥赢了这两回合(当然此时如果以弟弟为视角,弟弟也会觉得是哥哥时间慢了,但是当前讨论的是哥哥的视角)。

到目前为止,哥哥2胜3平。

下面分析阶段2:哥哥加速离开弟弟,由于哥哥具有加速度,处于非惯性系,“运动物体时间变慢”未必正确了,但此时通过往期的文章我专门分析过,这种非惯性系情况下要看哥哥的受力方向,受力远离弟弟,弟弟时间变慢,受力指向弟弟,弟弟时间变快,其效应的大小与以哥哥视角下兄弟两人的距离有关(如果你不明白为什么,可以看看往期文章,这里不再详细讲解)。由于哥哥是刚刚离开弟弟,兄弟两人距离很近,所以相对论效应比较弱,又因为哥哥受力是远离弟弟,所以弟弟时间变慢,得出结论,这个阶段还是弟弟变慢,只不过变慢的非常少、很微小,这一次哥哥又赢了(不过赢的不多)

目前为止,哥哥3胜3平。

继续分析阶段4:由于哥哥是减速,也会有加速度,处于非惯性系,受力指向弟弟,且兄弟两人距离非常远了,所以相对论效应不仅明显,而且明显的过分,受力又指向弟弟,所以弟弟的时间会猛然加速的非常大,所以这一回合,哥哥完败,败的很惨(不了解加速情况下,受力方向与两者距离对时间影响的朋友,可以去看往期文章,否则蒙圈)。

目前为止,哥哥3胜3平1负。

继续看阶段6:哥哥开始反向加速,由于受力依然指向弟弟,且兄弟间距离非常远,所以最终结论还是:哥哥继续完败,败的还是很惨。

目前为止,哥哥3胜3平2负。

最后看阶段8:哥哥开始减速准备和弟弟见面,由于减速,也会有加速度,处于非惯性系,受力远离弟弟,所以弟弟时间变慢,但是此时兄弟两人距离较近,所以弟弟时间只慢一点点,但是哥哥还是总算掰回一局。

目前分析完毕:哥哥4胜3平2负。目前大家是否觉得好奇,哥哥是4胜哦,总体速度应该比弟弟快,弟弟应该更年轻才对?其实不是,因为哥哥4胜中有2胜是非常微弱的胜,但是哥哥的2惨败却败的非常惨烈,以上的每个阶段都可以定量计算的,可以用狭义相对论+洛伦兹公式算出每个阶段“哥哥领先多少”,通过量化计算,你会发现,弟弟遥遥领先哥哥(计算过程很复杂,要用到微积分,且必须熟练玩转洛伦兹变换才行,这里就不详细说了)。

最后再把过程梳理下,大家就明白了:

1、哥哥和弟弟静止于地球:弟弟时间流逝和哥哥保持一致。

2、哥哥开始加速:弟弟时间变慢了,但是慢的很微弱。

3、哥哥做匀速直线运动:弟弟时间依然变慢。

4、哥哥做减速运动:弟弟时间变得非常快。(该阶段弟弟时间会快很多,会反超哥哥)

5、哥哥静止于遥远星球:弟弟时间流逝和哥哥保持一致。

6、哥哥反向加速离开:弟弟时间变得非常快。(该阶段弟弟时间会变快很多,会把领先扩大很多)

7、哥哥做匀速直线运动:弟弟时间变得慢。

8、哥哥做减速运动:弟弟时间还是变得慢,但是慢的很微弱。

9、哥哥回到地球:弟弟时间流逝和哥哥保持一致。

回答2:

陈氏宇宙模型:有逻辑思维的人,都能轻易发现狭义相对论的混谬,只是不同水平的人,不是都能抓住其致命点。具体原理请搜索“论洛伦兹思维之误”和“陈军变换”。

回答3:

位置是千姿百态的,速度是千变万化的,位置不同时不同,速度不同时间不同。那么时间就是无数种。每个人都有自己的时间,这还是时间吗,有意义吗。这等于取消了时间。这就是相对论的时间。

回答4:

飞船离开地球时有加速度,回到地球有减速度,在这两段期间,飞船是非惯性系,由于加速和减速,飞船上的双生子乙将变得比地球上的甲年轻。

回答5:

就是有一对双胞胎兄弟,哥哥坐飞船去了宇宙中。等哥哥回来的时候,问哥哥和弟弟,到底谁更年轻,答案是哥哥。因为哥哥认为自己在宇宙中是静止的。