在上一篇文章中跟大家简单了聊一聊爱因斯坦在狭义相对论中提出的时间膨胀效应,也就是针对一个惯性系进行运动的时钟会变慢,通俗的说就是:运动速度越快,其时间流逝针对另一个参考系来说就相对变慢,后来有物理学家提出了一个思想实验来反驳爱因斯坦提出的时间膨胀理论,即物理学上著名的双生子详谬。
在地球上有一个孪生兄弟,我们分别成他们为A、B,当A、B刚刚诞生的那一刻开始,A就被放在一个以0.8倍光速航行的宇宙飞船中,而B则一直在地球上生活,那么根据狭义相对论的时间膨胀理论,A的以速度达到0.8倍光速的高速进行运动,相对于地球而言,A的时间流逝速度应该是地球的三分之二,也就是说当地球上的B三岁的时候,飞船上的A应该才仅仅两岁,也就是说A应该要比B年轻,这是根据狭义相对论中时间膨胀理论推导出的结果,但是问题是:任何运动都没有绝对的,都是相对的,针对于B来说,A一直处于飞船中的静止状态,而B则一直在做0.8倍光速的远离飞船运动,那么B的时间流逝就要比A慢,也就是说B应该比A年轻,那么问题来了,为什么站在两个角度去看待这个问题,得出了究竟是两个完全不同的结果呢?是不是狭义相对论本身出现了问题呢?
想要比较一下A与B到底哪个年轻,那就需要让A飞回地球来比较一下各自的时间就可以了,这里先声明一下:双生子详谬并不能推翻狭义相对论,认为A和B都变得年轻了的前提是两者都处于同一参考系之中,也就是A与B的条件是相同的,但事实上A和B的条件是不对等,因为B一直处于惯性系之中(匀速直线运动),而在飞船中的A,想要飞回地球就需要经历加速、匀速,减速、速度为零、调头、加速等多种变速运动,A与B根本就是不对等的,既然A和B的条件不对等,那么A与B就不可能同时都年轻,双生子详谬也就不成立了。
那么问题来了,既然A与B不可能都变年轻,那么当A飞回地球的时候,到底是A年轻还是B年轻了呢?
既然A与B的条件不同,那么我们就需要两个视角来看这个问题。注:A红、B绿
从地球的视角,也就是B的视角来看:A的时空图并不是直线,而是一个曲线或者说一个折线,A的时空长度是要短于B的,所以当A返回地球时是要比B年轻的。
从A的视角来看的话,A需要在匀速直线运动之后进行减速运动,当速度达到0的时候快速调头向地球飞去,那么A的变速运动相对于不断的切换惯性参考系,A每一次的变速运动都会产生一个巨大的时间差,这个时间差会使B变老,所以当A最后回到地球时,A还是要比B年轻。
不论从哪个视角来看,坐飞船的A要始终比处于惯性参考系中的B要年轻。