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周金月 刻 愛(ài)因斯坦的狹義相對(duì)論自1905年誕生之日起就廣受質(zhì)疑,，其中有一個(gè)著名的推論——時(shí)間膨脹效應(yīng),，意思是說(shuō)，物體運(yùn)動(dòng)會(huì)使時(shí)間變慢,。當(dāng)物體低速運(yùn)動(dòng)時(shí),，這一效應(yīng)并不明顯，而如果物體的速度接近光速,，這一效應(yīng)就變得相當(dāng)明顯了,。 1911年4月，法國(guó)物理學(xué)家朗之萬(wàn)提出了一個(gè)雙生子實(shí)驗(yàn)（當(dāng)然只是理想中的實(shí)驗(yàn)）,，用以質(zhì)疑狹義相對(duì)論的時(shí)間膨脹效應(yīng),。他說(shuō)，假設(shè)有一對(duì)剛出生的雙胞胎兄弟,，哥哥乘坐宇宙飛船在太空中以接近光速行駛,，弟弟留在地球上。哥哥回到地球時(shí)是兩歲,，而他的弟弟卻早已去世了,，因?yàn)榈厍蛏弦呀?jīng)過(guò)了二百年。這就是著名的“雙生子佯謬”,。 根據(jù)愛(ài)因斯坦的狹義相對(duì)論,，運(yùn)動(dòng)可以使時(shí)間變慢，哥哥理應(yīng)年輕,，上面的實(shí)驗(yàn)沒(méi)什么問(wèn)題啊,。這個(gè)解釋是正確的,，但是解釋得并不那么令人信服。 且來(lái)看看大家對(duì)這個(gè)解釋的質(zhì)疑：我們從另一個(gè)角度思考這個(gè)問(wèn)題,，哥哥在飛行過(guò)程中,，會(huì)看到弟弟以接近光速的速度離開自己。什么意思呢,？哥哥以自己為參照系的話,，會(huì)感覺(jué)自己不動(dòng)，而弟弟卻正在以接近光速的速度遠(yuǎn)離自己,。這可好玩了，在哥哥看來(lái),，我沒(méi)動(dòng)啊,，動(dòng)的是弟弟。剛才說(shuō)了,，運(yùn)動(dòng)使時(shí)間變慢,，弟弟的時(shí)間變慢了。按照這樣理解,，兩年后哥哥返回地球,，理應(yīng)看到弟弟比自己小很多，怎么會(huì)已經(jīng)去世了呢,？ 單從參照系的角度來(lái)說(shuō),，上面的這個(gè)質(zhì)疑沒(méi)有問(wèn)題。不過(guò),，這時(shí)候有人站出來(lái)說(shuō)：這個(gè)質(zhì)疑不對(duì),，它沒(méi)有考慮到加速問(wèn)題，弟弟在地球上并沒(méi)有動(dòng),，而哥哥在起始和掉頭階段都經(jīng)歷了加速或減速運(yùn)動(dòng),，是這個(gè)加速或減速運(yùn)動(dòng)使得哥哥的時(shí)間變慢的。這個(gè)解釋有個(gè)很嚴(yán)重的問(wèn)題——加速度確實(shí)可以使時(shí)間變慢,，但那屬于廣義相對(duì)論的范疇,，并不是這個(gè)“雙生子佯謬”中時(shí)間膨脹效應(yīng)的主要來(lái)源。 其實(shí),，要真正解釋“雙生子佯謬”的問(wèn)題,，還得引入“世界線”這個(gè)概念。 世界線的概念也是由愛(ài)因斯坦提出的,，大意是這樣的：時(shí)空是四維的,，即三維空間加一維時(shí)間，處于這個(gè)時(shí)空的粒子在某一時(shí)刻只能處于一個(gè)位置點(diǎn),，而粒子的整個(gè)運(yùn)動(dòng)歷史是所有位置點(diǎn)組成的一條線,。 在宇宙中,，地球可以近似看做慣性系，如果哥哥和弟弟都在地球上,，他們的世界線應(yīng)該是重合的,，即無(wú)加速度的世界線。如果哥哥經(jīng)歷了加速度,，那么加速度會(huì)讓他脫離原來(lái)的世界線而進(jìn)入另一條世界線,，而此時(shí)弟弟還在原來(lái)的世界線上。這樣,，哥哥在新的世界線上運(yùn)動(dòng),，且速度增加了，其時(shí)間流逝的速度也就比原來(lái)慢了,，哥哥在這條新的世界線上待的時(shí)間越長(zhǎng),，它和弟弟的時(shí)間差就越大。如此一來(lái),，“雙生子佯謬”的問(wèn)題就解釋得很清楚了,。
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