根據(jù)雙生子佯謬，兩個(gè)時(shí)鐘或者人以不同速度移動(dòng)，度過時(shí)間的速度也不同。雙生子佯謬是當(dāng)代物理一個(gè)證實(shí)了時(shí)間膨脹的奇怪現(xiàn)象的想法性試驗(yàn)，由愛因斯坦相對論提出。

圖解: 根據(jù)孿生佯謬，以不同速度移動(dòng)的兩個(gè)時(shí)鐘（或人）以不同的速率經(jīng)歷時(shí)間。

有一對雙胞胎名為Biff和Cliff。在他們20歲生日的時(shí)候，Biff決定登上宇宙飛船飛往外太空，以接近光速飛行。他以這種速度旅行約五年，在25歲的時(shí)候返回地球。

另一邊，Cliff留在了地球。結(jié)果，當(dāng)Biff返回地球的時(shí)候，Cliff已經(jīng)95歲了。

這其中發(fā)生了什么？

根據(jù)相對論，兩個(gè)參照物有區(qū)別移動(dòng)，經(jīng)歷的時(shí)間也有所不同，這個(gè)過程被稱為時(shí)間膨脹。因?yàn)锽iff的移動(dòng)過快，實(shí)際上時(shí)間的移動(dòng)速度比他慢。這可以用相對論的其中一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)理論“勞倫茲轉(zhuǎn)換”來得出精確計(jì)算。

雙生子佯謬其一

第一個(gè)雙生子佯謬不是一個(gè)真正意義上的科學(xué)佯謬，但它是有邏輯的：Biff究竟幾歲？

Biff度過了生命中的25年，但他也是跟95歲的Cliff同一時(shí)間出生。那他到底是25歲還是90歲呢？

在這種情況下，答案是“兩個(gè)年齡都是”，這取決于你用哪種方法衡量年齡。根據(jù)他的駕駛證（毫無疑問地過期了），用地球時(shí)間來衡量，他是90歲。再根據(jù)他的生理， 他仍是25歲。沒有一個(gè)年齡是正確或錯(cuò)誤的，盡管如果他試圖申請社會(huì)福利，社保局可能會(huì)反對。

雙生子佯謬其二

第二個(gè)佯謬比較科學(xué)，也能真正符合科學(xué)家談及相對論時(shí)的想法。整個(gè)設(shè)想立基于“Biff移動(dòng)速度過快因此時(shí)間流逝相對較慢”的概念。

問題在于相對論只涉及到相對運(yùn)動(dòng)。所以當(dāng)你站在Biff的角度思考時(shí)，他將一直保持靜止，而Cliff才是那個(gè)高速運(yùn)動(dòng)的人。

以這種方式進(jìn)行的計(jì)算難道不應(yīng)該意味著Cliff的衰老速度更慢嗎?相對論不是意味著這些情況是對稱的嗎?

現(xiàn)在，如果Biff和Cliff都在飛船上以同等不變的光速反方向旅行太空，這個(gè)論點(diǎn)將會(huì)完全正確。狹義相對論的規(guī)則是控制參照物的速度或慣性不變，可表明兩者之間的相對運(yùn)動(dòng)才是重要的。事實(shí)上，如果你以不變的速度移動(dòng)，在你的參照系中甚至沒有一個(gè)實(shí)驗(yàn)可以進(jìn)行，因?yàn)闆]有靜止的參照物與你區(qū)分。（甚至如果你將自己與飛船外的其他參考系相比，你也只能判斷出有一個(gè)同樣的“你”在運(yùn)動(dòng)，但無法準(zhǔn)確指明是哪一個(gè)。）

但這里有一個(gè)非常重要的差別：Biff在這個(gè)過程中是加速的。Cliff在地球上呆著，意味著他是靜止的（盡管事實(shí)上地球有在進(jìn)行公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)）。Biff坐在一個(gè)經(jīng)歷著集中加速度到接近光速的飛船上。根據(jù)廣義相對論，這意味著會(huì)有真正的物理實(shí)驗(yàn)可以放在Biff身上，揭示出他正在加速。同樣的實(shí)驗(yàn)也可以證實(shí)Cliff沒有在加速，或是說加速度比Biff小很多。

一個(gè)重點(diǎn)因素在于Cliff一直只處在一個(gè)參照系中，但Biff事實(shí)上處在兩個(gè)參照系中—一個(gè)是他正在遠(yuǎn)離地球，同時(shí)他也正在返回地球。

所以在科學(xué)家的設(shè)想里，Biff的情況和Cliff的情況并不是完全對稱。Biff一定是那個(gè)經(jīng)歷著最明顯的加速度的人，也因?yàn)槿绱怂冗^的時(shí)間是最少的。

雙生子佯謬的歷史

這個(gè)佯謬以另一種不同的形式最早由Paul Langevin于1911年提出，強(qiáng)調(diào)了加速度是導(dǎo)致差別的最至關(guān)重要的因素。Langevin認(rèn)為加速度

有絕對的意義。盡管在1913年，Max von Laue證明了就算沒有加速度，也只需兩個(gè)參照系就足以解釋佯謬中的差別。

相關(guān)知識(shí)延伸閱讀

雙生子佯謬是一個(gè)有關(guān)狹義相對論的思想實(shí)驗(yàn)。有一對雙生兄弟，一個(gè)登上一宇宙飛船作長程太空旅行，而另一個(gè)則留在地球。結(jié)果當(dāng)旅行者回到地球后，他發(fā)現(xiàn)自己比留在地球的兄弟更年輕。

圖解：孿生悖論的閔可夫斯基圖。雙胞胎的軌跡有差異：船的軌跡在兩個(gè)不同的慣性幀之間均分，而基于地球的孿生體停留在同一慣性框架中。

時(shí)空圖，又稱閔可夫斯基圖，用以表示閔可夫斯基時(shí)空的事件的坐標(biāo)。它是一種理解狹義相對論現(xiàn)象的工具。

參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學(xué)名詞

3. thoughtco–鄭佩瑜- Andrew Zimmerman Jones