深度长文:深层解读双生子佯谬,深度深层双生说速为何说速度越快时间就越慢?
1、长文藏深度长文:深层解读双生子佯谬,解读间为何说速度越快时间就越慢。佯谬议收超3000字,为何建议收藏,慢超双生子佯谬,字建其实是深度深层双生说速一个相当“古老”的悖论了,是长文藏在狭义相对论诞生之后提出来的,是解读间关于“时间膨胀”的悖论。其实这个悖论早就被诠释过了,佯谬议收但时至今日,为何仍旧有不少人不理解双生子佯谬,慢超仍然用这个佯谬质疑狭义相对论。字建
2、深度深层双生说速今天再次科普一下双生子佯谬,希望对双生子佯谬和狭义相对论的误解到此结束。一对双胞胎兄弟,哥哥乘坐飞船离开地球,飞船速度为亚光速。
3、而弟弟待在地球上等哥哥回来。问题就来了,哥哥飞行一段时间之后返回地球,哥哥和弟弟两人谁更年轻呢。按照狭义相对论中的“时间膨胀效应”或者“钟慢效应”来诠释,哥哥应该更年轻,因为速度越快,时间就越慢。哥哥以亚光速飞行,时间自然就会变慢。
4、但是由于速度是相对的,相对哥哥,弟弟同样在亚光速飞行。那么弟弟的时间也自然会变慢,于是弟弟就更年轻了。这就出现了一个矛盾的结果:弟弟认为哥哥更年轻,而哥哥眼里,弟弟更年轻。到底谁对谁错呢,谁更年轻呢。
5、其实哥哥和弟弟都没有错。也就是说,假如哥哥和弟弟都能看到彼此,在他们眼里的确对方更年轻,但两者其实并不矛盾。因为弟弟和哥哥所在的参照系并不是平等的,哥哥所处的参照系是非惯性参照系,而弟弟处在惯性参照系。而狭义相对论推导出来的任何公式都是建立在惯性系基础上的,只要两人都处于惯性系,他们之间的时间对比才有意义。
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1、这就是为什么会出现“哥哥和弟弟都绝对对方更年轻”的尴尬局面,两人之间的时间对比其实是没有意义的。考虑到狭义相对论只适用于惯性系,而广义相对论适用于所有参照系,是否意味着必须用广义相对论才能诠释双生子佯谬呢。
2、并不是这样的,虽然是非惯性系,同样可以用狭义相对论来诠释,只不过过程稍显复杂。可能有人会提出质疑:狭义相对论的基础不是惯性系吗。刚才你还说了哥哥处在非惯性系,怎么能用狭义相对论去诠释呢。其实这种担心是对狭义相对论的误解。
3、虽然狭义相对论的基础是惯性系,但并不意味着不能处理非惯性系的运动。也就是说,如果某个物体在惯性系里做变速运动,其实是可以用狭义相对论去描述的,我们通过建立多个瞬时惯性系的方法来描述,就相当于数学中的微积分思想。如果你还搞不明白,想象初中物理课上的牛顿运动定律。
4、牛顿运动定律成立的前提也是惯性系,但在处理加速运动的物体时,牛顿运动定律仍旧适用。那么,到底该如何从狭义相对论的角度去诠释双生子佯谬呢。首先,我们要明白狭义相对论的一个很重要前提:狭义相对性原理。所有惯性系都是等价的,所以我们只需要考虑哥哥或者弟弟的某个参照系下的结果就可以了,无需再考虑另一个参照系。
5、首先有一点是可以肯定的,哥哥乘坐飞船返回地球的过程中,不可能一直处于匀速状态,虽然在整个过程,加速减速的时间会很短,但其实是不能忽略的,因为时间越短,意味着加速度越大。为了更方便计算,我们把飞船加速减速的过程看做一个均匀的过程,也就是说,加速度是恒定的。如此一来就不需要考虑加速度过大导致哥哥不能承受的问题。这里就假设哥哥乘坐飞船飞向254万光年外的仙女座星系,然后再返回地球。