如果以光速飞行能永生吗？如何理解“双生子佯谬”？

发布者：零点巡夜 2023-4-12 22:12

首先说明一点，不可能光速飞行，所以这里就以无限接近光速来理解光速飞行！

根据爱因斯坦狭义相对论的“时间膨胀原理”：速度越快，时间就越慢，我们似乎有理由相信，如果人类以光速一直运动下去就可以长生不老。

这看似很合理，其实只是一种误解，不然我们就真找到长生不老的方法了。那么为什么时间膨胀效应不能真正的延长我们的寿命呢？还有我们经常说的双生子佯谬是怎么回事？

比如说有一对双胞胎A和B，让B乘坐光速宇宙飞船去外太空旅行10年，回来发现地球上的A比自己老了好多，这难道不是让B的寿命延长了吗？下面就说下这个问题。

在牛顿经典力学的绝对时空下，人们认为时间在不同的地方、不同的参考系下都是连续不断的稳定流逝，不管你的运动状态如何，你和我感受到彼此的时间流逝速度都是一样的，这就是绝对时空观，时空为万物提供了一个运动的舞台，但并不会参与，也不会受事物的运动影响。

但狭义相对论告诉我们，一个惯性系的运动会导致其他惯性系下的观察者看到你的时间发生膨胀，也就是看到你的时间减慢。这里需要注意的是，相对论之所以有相对两个字，意思就是说，这个理论下的所有效应都是相对于其他人的效应。

比如上图中的光子钟，在一艘宇宙飞船中，底部和顶部各放置一块反光镜，然

后发射一个光子，此时的宇宙飞船是静止状态，你和外部观察者看光子的运动就如上图左的情形，这时没有所谓的时间膨胀效应。

但是如果宇宙飞船高速飞行，你在飞船内看到的光子的运动情况依然是左边的上下震荡。但外部的观察者并不这么认为，他会看到一个光子从底部到顶部，再返回底部会经历更长的时间。

所以在外部的观察者看来，你的时间变慢了，但在你看来一切都是正常的，你的表也会像往常一样走动，你的一小时还是一小时，也就是说你能活一百岁还是一百岁。并不会因为你正以光速飞行，而活得更长。

不仅如此，外部的观察者还会看到你的动作变慢了，像是再看一部慢动作电影，但在飞船里的你，依然会跟往常一样，并不会看到自己的动作变慢。

反过来，飞船上的人也会看到同样的效应，地球上的时间也会变慢，因为相对论说了，这是相对于外部观察者的效应，那么你可能会想，既然对方都看到对方的时间变慢了，而对方有感觉自己跟往常一样，那么相对论的时间膨胀效应有何意义？对任何一方都没有影响？

这其实就是双生子佯谬，乘坐光速飞船外出旅行的B和待在地球上的A，由于速度是相对的，A和B看对方时都会认为对方以光速远离自己，A看B的时间变慢了，同样的B看A的时间也变慢了。A和B都认为对方变年轻了，那么到底是谁正确呢？

如果A和B永远不再相遇，那么他们的观点都是对的。一旦B返回地球与A相遇，谁对谁错呢？

这种情况下B的说法是错误的，在狭义相对论中，并非所有的观察者都享有同等的效应，只有处在惯性系的观察者，也就是没有经过加速运动的观察者才会互相享有同等的效应。我们知道B在乘坐宇宙飞船远离地球的时候，肯定要经过减速，它返回地球时肯定要先减速掉头，然后再加速回来，B在加速和减速的过程中就不是一个惯性系，并不能享有相对论同等的效应。

而地球上的A认为的是正确的，也就是等B回来的时候，B确实会比A年轻。如果B一直以光速远离地球并没有返回地球，那么对于A和B的相对论效应并没有互相影响。也就是说，A和B怎么认为对方并不重要，重要的是他们必须重新回到同一参照系才有意义，不然A和B如果永远不回到同一参照系，他们的观点都是对的！B比A年轻多少呢？可以用下面公式计算：