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老大38岁,老二108岁,相对论你玩我呢?

科学探索 2024-10-21 16:00:01 趣奇闻(www.quqiwen.com)

在对相对论提出的质疑中,不乏理性的声音。为了方便叙述,我们采用辩论赛的习惯,在这里,把论题的肯定方称为“正方”,否定方称为“反方”。正反两方的称谓只是代号,无对错、正邪、高低之分。

反方论证最有名的要算是“双生子佯谬”了。这是一个真正清晰且有力的反方逻辑论证。故事是这样的:有两个孪生兄弟,就李大双、李小双吧。大双坐飞船去半人马座考察那儿能不能供人跳马,小双留在地球上等消息。

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我们前面提到过,利用时间膨胀效应来延年益寿这事,只有速度趋近光速,才有实际意义。

那么,大双的飞船很快加速到速度v,接近光速了,从此匀速直线飞行,半年后,发现半人马座不适合跳马,于是迅速调头以速度v匀速返回,最后经紧急减速,降落在小双面前,会发生什么呢?

正方说,飞船速度非常接近光速时,时间膨胀效应会非常明显,若v = 0.9999c ,则T=70.71τ。

也就是说,大双感觉这次考察途中自己飞了1年,而小双却在地球上望眼欲穿地度过了70年,他俩重逢时,大双38岁,小双却已108岁了。悲剧啊!

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反方说, 运动是相对的,在小双看来,确实是上面说的这样。但对大双来说,他在飞船上静止不动,地球朝反方向加速到速度v,然后匀速直线飞行……过程一样……所以,在大双看来,哥俩重逢时,应该是小双38岁,大双108岁。

因此反方说,从不同的角度看,结论不同,双方都认为对方年轻。大悲剧啊!双方结论相互矛盾,所以时间膨胀效应不是真实的物理效应。

正方说:反方把飞船启动、调头、减速这三个过程的时间给忽略了。

实际上,大双把飞船看做静系,地球在飞离自己时,其加速、减速,是相对于飞船这个非惯性系而言的。

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按照广义相对论的等效原 理,相当于考察地球的参考系中有一个引力场,飞船和地球在这个引力场中所处的位置不同 ,所以引力场对他们的影响也就不同。启动和减速降落时,他们距离近,引力场势相差不大,对时间流逝的影响也不大。但在地球调头时,他们距离非常遥远,这时地球方面的引力场势远高于飞船,它使地球时间比飞船流逝得快得多。

这样,哥俩重逢时,还是大双38岁,小双108岁。

反方不接受这样的解释,并要求给出一个符合常识的解释,他们诘问:难道相对论必须推翻一切常识吗?

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争论还在继续,至少在网上还在继续,多数都是像我一样的外行,根据自己的理解相互论战,谁也不服谁。作为一个超级外行,我给我的同行们一个建议,论战时可否考虑下面三点:

1.飞船飞离地球,加速度对双方等效。那么,我们是否可以把这个“等效”看做大小相等、方向相反的效应值(比如一定的力啊什么的),一边作用在飞船这个参照系上,一边作用在飞船以外的、未改变运动形式的其他参照系上。这样,等值的效应,作用在不同量级的参照系上,说白了,相同力度的两锤,一锤打在鸡蛋上,一锤打在泰山上,它们产生的效应自然不同。

2.运动是相对的不假,但处于同一参照系、相对静止的不同物体,在发生相对运动时,一般会有“主动运动”,比如飞船飞离地球,看起来是二者在做相对运动,但前提是,需要有相应的能量作用在飞船上,才能实现飞船与地球的相对运动,这个能量的获得是单方面的。我们稍后会知道,时间、空间是运动的产物,而运动是能量的一种存在形式。本文盲据此假设:单方面获得能量,得到加速度,改变运动状态的物体,在时间上产生单方面的效应,是否符合逻辑?当然,被炸弹均力炸飞的两个相同的钢球之间,不存在主动运动的一方,而是双方都主动,所以它们的时间效应相同。

3.所谓相对,看你怎么理解。如果宇宙只有一个物体,它膨胀千倍万倍也没意义,需要有参照物才能分辨,这就是相对,所以动系物体相对于静系物体时间膨胀,毫无问题,倒是你胀我就必须胀显得不“相对”了。当然这一点亦属文字游戏范畴,不足为凭。

这只是我给“同行”的建议,对于给内行提建议,实非我力所及也。讨论讨论虽没什么不好,但俺作为一个外行,看到的是皮毛,理解得也不深,说不到点子上,所以暂停讨论。咱看看物理学家怎么说。

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关于双生子佯谬,霍金说,只是对于头脑中仍有绝对时间观念的人而言,这才是佯谬。

相对论告诉我们,宇宙中没有一个唯一的绝对时间。万事万物都有自己的时间测度,关键是,要看它在哪、以及怎么运动。

也就是说,一个物体所处的位置和运动状态不同,其时间测度也就不同。这样,每个事物相对于其它所有的不同参考系,时间测度都各不相同。

明白了这个道理,相信“双生子悖论”等问题就没那么纠结了。

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