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1 # 科學船塢
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2 # 刁博
題主描述的這個問題叫做雙生子佯謬。
一對雙胞胎兄弟,弟弟在地面上,哥哥駕著飛船以接近光速遠離地球。狹義相對論中有鐘慢效應,在地面的觀察者看起來,運動的飛船上的時間會變慢,弟弟觀察哥哥會覺得哥哥的新陳代謝變慢,哥哥會年輕。而在哥哥看來,地球上的弟弟也在接近光速遠離自己,在哥哥看來弟弟的新陳代謝要比自己的慢,弟弟要比自己更年輕很多。到底是誰更年輕?這就是雙生子佯謬。
根據狹義相對論,物理規律在所有的慣性系中都是一樣的。如果飛船勻速遠離地球,哥哥和弟弟都是處在慣性系中,兩者在各自的參考系中時間流逝是一樣的快,只是觀察對方時才會以為對方的時間流逝的慢。只有當哥哥返回後和弟弟站在了一起,比較誰更年輕才會更有意義。而一旦哥哥返回地球,哥哥必然會出現變速運動(改變速度的大小或方向),一旦有了變速運動,哥哥所處的參考系就不再是慣性參考系,而是非慣性系。
慣性系之間是等效的,慣性系和非慣性系之間就不等效了。在雙生子佯謬中,哥哥和弟弟兩者並不是等效的。在弟弟的參考系中,把一個球放在光滑的水平面上,這個球始終會靜止。而在哥哥的參考系中,就不會有這種情況,哥哥變速時,球就會滾動。根據球的運動情況,觀察者能夠辨別出自己是在慣性系還是非慣性系。
既然哥哥和弟弟的參考系一個是慣性系一個是非慣性系,所以兩者的加速度不一樣。根據廣義相對論的等效原理,加速度不一樣可等效為引力場不一樣,強引力場也能使時間變慢。當哥哥駕著飛船返回地球時,真正變得年輕的是哥哥。
以下兩圖是分別以弟弟的地面參考系和哥哥的飛船參考系記錄的時間變化。綠線記錄的是地面上的弟弟,紅線記錄的是飛船中的哥哥。可以看到,不論以誰為參考系,時間變慢的是哥哥,佯謬只是佯,並不真正謬。
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3 # 亡者農藥帶投大哥
lz的意思我明白,運動是相對的,在地球上人看來飛船上走的慢,在飛船上看地球上時間慢。總有一個快一個慢,問題就出在了:
廣義相對論,飛船從地球出發,加速離開,然後再減速,原路返回,飛船上的人時間過的慢。
飛船加速是真加速,飛船看地球加速遠離自己是假加速,明白嗎?
運動是相對的,但是加速不是相對的。
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題主,我也是萌新,不妨藉助這個機會,拋磚引玉,大家互相探討一下吧,我先來說說我的看法:
愛因斯坦的狹義相對論中提出了兩個效應,一個是鐘慢效應,也就是時間膨脹效應,另一個就是尺縮效應。這兩個效應一個說時間是相對的,另一個說空間是相對的,這在當時的物理學界,是全新的兩種看法,就是大名鼎鼎的愛因斯坦提出來的。
鐘慢效應(時間膨脹):處在運動中的鐘表要比靜止的鐘表時間走得慢,且運動速度越快,時鐘走得就越慢,當運動速度接近光速時,鐘錶就幾乎靜止了,當達到光速(設想條件下,理論上不可能),時間靜止。
假如兩個雙胞胎兄弟在出生時就被分開,哥哥坐上接近光速的飛船遠離地球,弟弟在地球上照常成長,當哥哥在未來的某個時間回來時,哥哥10歲,弟弟可能已經40歲了,或者更大。但是哥哥會說他經歷的時間就是十年啊,沒有變多也沒有變少,而弟弟也確信自己已經過了40年。
這時候,就與參考系無關了,時間從相對變成了絕對,也就是說,無論你處在什麼狀態,你都認為自己喝水的時間就是那麼長,但是在別人眼中,你的這一次喝水整整用了50年,從舉杯到放下。無論是哥哥,還是弟弟,他們各自經歷的時間是客觀量,是絕對的,這稱為“固有時”!
所以,就題主說的這個問題,我覺得是飛船上的人更年輕,因為時間膨脹效應,時間變慢。