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  • 1 # 物原愛牛毛1
    先來釐清有關概念

    先糾正題目中的一個錯誤:按照相對論,具有靜質量的物體(飛船)是達不到光速的,即使兩個飛船各自以99%的光速相向接近,它們互為參照系的相對速度也達不到光速,這是光速不變原理的體現。這裡有個相對論速度疊加公式可以很好地說明:其中u′和v分別是兩個近光速飛船相對地面的速度,C為光速,u為兩個近光速飛船的相對速度,當u′→C,v→C時,則u→C,因為u′和v永遠達不到光速,則u永遠也達不到光速。也就是說不存在AB兩艘飛船互為參照系以光速接近的情況,只能以近光速接近。釐清這個問題,我們來回答一下問題。

    本題的答案

    先說答案,距離5光年相互以近光速接近的AB兩艘飛船都會出現“鐘慢尺縮”效應,不過這是個觀察者效應。換句話說,鐘慢尺縮效應只有與物體有相對運動的觀察者才能觀察到,物體自己是觀察不到的。在本題中只有B飛船才能觀察到A飛船發生的鐘慢尺縮效應,A飛船自己覺察不到,即B飛船的宇航員會看到(如果能看到)A飛船裡的鐘表變慢了,飛船運動方向上的尺寸縮短了。同理也只有A飛船才能觀察到B飛船的鐘慢尺縮效應,B飛船自己覺察不到。實際上只要兩個飛船有相對運動,就會有鐘慢尺縮,哪怕是其中一個飛船相對於地面是靜止的,因為不存在絕對靜止的參考系,這才是相對性的精髓。這個效應不是物理和化學上出現的變化,而只是時空相對性的體現。

    關於“時間佯謬”

    看到這裡,細心的讀者一定會覺得奇怪:AB兩個飛船的觀察者都發現對方時間變慢了,自己的時間沒有變慢,雙方的觀察結果是矛盾的,那到底是誰對?答案是都沒錯,這就是著名的“時間佯謬”,又叫“雙生子佯謬”,說的是雙胞胎的哥哥乘坐近光速飛船離開地球,弟弟則留在地球,根據狹義相對論,他們互相看對方時間都變慢了,但當哥哥乘坐飛船返回地球時,發現弟弟已經老了。這到底是怎麼回事?原來這是因為時間的同時性是相對的,哥哥和弟弟由於存在相對速度,因而處於不同的時空,兩個事件的同時性沒有絕對意義,只存在轉換關係,而並沒有可比性,時間只是相對於參考系的,如果哥哥乘坐飛船一直勻速直線運動下去,不再返回地球,哥哥和弟弟的時間系統將是各自獨立的,他們之間沒有可比性,誰也不能說“誰比誰慢”。但現在是哥哥又回到地球,顯然哥哥由於加速和減速而轉換了幾個參考系,最後又來到了弟弟的時空,哥哥就把別的時空的時間膨脹效應帶到了弟弟的時空,換句話說,哥哥來到了弟弟的未來。對“雙生子佯謬”的現代解釋就是兩個人的世界線(閔可夫斯基時空的長度)長短不一樣,只需狹義相對論就能解釋,而無需像以前認為的只能用廣義相對論解釋。

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