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深层解读“双生子佯谬”，以光速飞行真的能永生吗？

发布者：湖光山色 2023-7-23 05:17

双生子佯谬，相信大家都应该听说过。

一对双胞胎，弟弟待在地球上，哥哥乘坐一艘飞船，以非常接近光速的速度离开地球，飞向太空。飞行一段时间之后返回地球，届时哥哥和弟弟谁更年轻呢？

根据爱因斯坦的狭义相对论，速度越快时间就越慢，哥哥以亚光速飞行，哥哥的时间自然会变慢，所以等哥哥返回地球之后，会发现自己更年轻，弟弟“变老”了。

但由于速度是相对的，哥哥以亚光速离开地球，哥哥相对弟弟的速度是亚光速。不过，在哥哥眼里，弟弟也以同样的速度远离自己。所以对于哥哥来讲，弟弟变得更年轻了。

于是问题就产生了：哥哥和弟弟到底谁更年轻？这就是双生子佯谬。

所谓“佯谬”，看起来是一个矛盾，其实并不是矛盾，下面我们就来具体分析一下哥哥和弟弟到底谁更年轻。

刚才说了，任何速度都是相对的，有一个速度例外，它就是光速，光速就是绝对的，在任何参照系下，光速都保持绝对不变，这就是光速不变原理。狭义相对论中的时间膨胀效应和尺缩效应等都是在这个原理的基础上推导出来的。

关于光速不变原理，就不再详述了，之前讲得很多了。这里重点讲讲哥哥和弟弟相对速度的问题，还有非常重要的一点：惯性系。

爱因斯坦的狭义相对论有两个前提，除了刚才讲的光速不变原理，还有就是相对性原理。何为相对性原理，通俗来讲，所有的惯性系都表现出相同的物理定律，而惯性系就是满足牛顿运动定律的参照系，也既是静止或者匀速直线运动的参照系。

双生子佯谬与惯性系有什么关系呢？关系太大了，因为狭义相对论推导出来的所有公式都是建立在惯性系基础上的。

再回到双生子佯谬，哥哥和弟弟谁处于惯性系呢？显然是弟弟，因为弟弟待在地球上，对于弟弟来讲，地球就相当于惯性系。而飞出地球的哥哥并没有处于惯性系，他在离开和返回地球的过程中经历了加速和减速过程。

从这点上来讲，用时间膨胀效应来诠释弟弟的所见所闻，是适用的。也就是说，在弟弟眼里，哥哥的时间确实变慢了，哥哥变得更年轻。

不过，文章一开始也没说错，在哥哥眼里，弟弟确实以亚光速飞行，所以弟弟的时间也确实变慢了，弟弟变得更年轻。但有一个前提：哥哥永远不返回地球。只要哥哥不返回地球，无论是在哥哥和弟弟眼里，对方的时间都变慢了，对方都变得更年轻。

那么，到底谁更年轻呢？总不能两个人都变年轻吧，这是不是矛盾了呢？

确实不矛盾。因为哥哥和弟弟都是在自己的参照系里观察对方，两人处于两个不同的参照系，都拥有各自的本征时间，两个人都没有错，因为每个人只需要对自己的本征时间负责。

何为“本征时间”？通俗来讲，你口袋里随身装一个时钟，时钟显示的时间就是你的本征时间。每个人都拥有自己的本征时间，每个人的本征时间严格来讲都是不一样的，但别人的本征时间与自己无关。

说白了，不用参照系下的时间对比是没有意义的。只有哥哥和弟弟重新回到同一个参照系，再进行时间对比才有意义。

而当哥哥返回地球，两个处于同一个参照系下，结果就是哥哥变年轻了，而不是弟弟。

为什么呢？因为哥哥在返回地球的过程中一定会先减速再加速，减速加速的过程中就会产生巨大的惯性力，根据广义相对论的等效原理，惯性力与引力等效。相当于哥哥经历了强大的引力场，而引力会让时间变慢。哥哥就相当于在黑洞附近逗留了一段时间，再返回地球，时间当然会变慢。

可以看出，用广义相对论来诠释双生子佯谬会很简单。用狭义相对论来解释就相当复杂了，因为狭义相对论只适用于惯性系，而哥哥并不处于惯性系中，所以并不能用狭义相对论直接解释双生子佯谬。

当然，非得用狭义相对论诠释双生子佯谬，也不是不可以，只不过会很复杂，需要把哥哥返回地球的过程不断分割，分割成很多短暂时刻，每个时刻都相当于一个惯性系，这种方法其实就相当于微积分的应用。

看到这里，你应该明白“光速飞行到底能不能永生”了吧？且不说我们不能以光速飞行，即便能够以光速飞行，也谈不上永生，因为你光速飞行的一瞬间，宇宙就过去了无限长的时间，意味着宇宙在你飞行的一瞬间就毁灭了。

连宇宙都不存在了，你还谈什么永生？

地球物理阿尔伯特·爱因斯坦宇宙黑洞

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