孪生子佯谬分析

一,孪生子佯谬事件

狭义相对论认为时间具有相对性,时间、空间和物质三位一体,不可分割。时间的流逝,随物体运动速度的增大而减慢;另一方面,物体的运动速度具有相对性。因此在狭义相对论时间效应下,就产生了孪生子佯谬这样的事件。

孪生子佯谬是狭义相对论中的一个问题,大体内容如下:

有一对龙凤双胞胎,妹妹乘坐宇宙飞船作长程太空旅行,而哥哥则留在地球。从地球上的人看,旅行者妹妹比哥哥年轻了很多;但是从相对宇宙飞船静止的妹妹看,发现哥哥会更年轻许多。为什么会有这样的看法?到底谁会真正的更年轻一些呢?下来我们详细讨论一下。

二,孪生子佯谬的现实状况

狭义相对论认为,时间的流逝和物体运动的速度有关系:相对参考系运动的系统(或物体),其系统内时间流逝的慢;且运动速度越快,时间流逝的就越慢。

以地球为参考系,妹妹坐着宇宙飞船运动了,所以妹妹就更年轻许多。但以宇宙飞船为参考系,地球和哥哥相对宇宙飞船运动了,所以哥哥会更年轻很多。

从理论上似乎都讲得通,但现实生活中不可能,出现如此矛盾的双面现象。哥哥和妹妹,只能一个更年轻;不可能同时出现相对其中一方,另一方都比自己年轻了。

就拿我们地球上的人来说,我们都知道地球上的哥哥,依然按照以前时间流逝的快慢,进行着自己的生命活动;他的生命会按照原来的节奏,自然而然的变老。

妹妹乘坐宇宙飞船离开地球,她的生命历程是怎样变化的呢?在妹妹没返回地球前,地球上的人谁也不知道她的实际情况;因为飞船和地球两个系统不在一块,所以无法比较。

只有当妹妹返回地球,哥哥去机场接妹妹时,他才发现妹妹还那么年轻漂亮,而自己却人老面黄。他们兄妹俩看上去根本不像是龙凤胎,甚至连姐弟都不像;他们可能看上去像一对父女,或者爷孙,甚至之间的年龄差距更加遥远。

这一事实在现实中虽然没有出现过,但是科学家们已经证明了这个现象。实际上,即使妹妹不返回地球,妹妹依然比哥哥更年轻许多。也就是说,在现实生活中,乘坐宇宙飞船的妹妹会更年轻;而一直生活在地球上的哥哥,老了好多。为什么是妹妹更年轻,而不是哥哥呢?

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三,孪生子佯谬剖析

弄清楚这一问题前,我们应该先弄清楚,时间的流逝与物体运动速度的具体关联性。从狭义相对论认为,时间是相对的,运动也是相对的;所以时间流逝的快慢,似乎也具有相对性。然而这是一个不小心的误区;因为相对运动的两个系统,在现实世界里,只有一个系统的时间流逝,相对另一个系统的时间流逝变慢。时间的流逝不可能出现,甲相对乙变慢的同时,乙也相对甲变慢。

导致这样唯一性的原因,就是运动本身。我们知道,物质的天性是存在性和运动性;存在性诞生了时空,运动性让时空可塑。即时间和空间的绝对性,由物质的存在性决定;时间和空间的相对性,由物质运动,和运动导致的物质不同分布,共同来决定。因此时间流逝快慢的变化,由物质运动本身的变化来决定。

为了简单起见,我们假设宇宙大环境相对不变,或缓慢均匀变化;一个系统内质量能量,也相对稳定。那么这个系统内,时间的流逝只与其自身运动快慢的变化有关系,与系统外的一切都没有直接的关系。即此系统由于额外因素,使自己的运动速度变的比之前的运动速度快了,其系统内的时间流逝就变慢了;否则,其速度变慢了,其系统内的时间流逝就变快了。

宇宙大环境的变化莫测,必然影响宇宙时空的变化;宇宙中的每一个小系统,置身于宇宙大环境之中,其时空必然不能独善其身,它的内部时空一定或多或少受宇宙环境的影响。但是宇宙环境的影响因素,并不否定系统因自身速度的改变,而改变其系统内时间流逝的变化趋势。

因此一个系统,其运动速度比之前越大,它的内部时间流逝的就越慢;反之,其运动速度比之前越小,它的内部时间流逝的就越快。但这里两有个极限:

第一,时间流逝的下限为零:即时间的流逝大于零。因为物质的运动是绝对的,宇宙万物都在永不停息的运动之中;所以时间的流逝不能静止。又因为物质的运动,在现实世界里,不能完全重复逆着进行;因此时间的流逝不能倒流。故而,时间流逝的下限是零;即时间的流逝可以无限接近于零,但不可以等于或小于零。

第二,时间流逝的上限为无穷大(特别注意一下:是无穷大,而不是无限大。):即时间的流逝小于或等于,最基本粒子(不可再分割的物质单元,可称此为基元)的时间流逝。最基本粒子在自由时空中,其时间的流逝为无穷大;除此之外,所有时间的流逝,都小于无穷大。

狭义相对论的运动是相对的,妹妹相对哥哥运动,同样哥哥也相对妹妹运动;但二者的运动并不对等。

以前这对龙凤胎都在地球上生活,后来妹妹乘坐宇宙飞船离开了地球。离开地球并飞向远方的过程中,必然有一个速度变化的过程,所以妹妹和宇宙飞船这个系统,在 额外因素导致下,运动规律发生了改变;而哥哥和地球这个系统,依然按照以前的运动规律运动。

另一方面,时间流逝的改变,恰恰是额外因素导致运动规律改变而引起的。 额外因素导致运动规律改变,从而引起物质系统运动速度的变大,最终使其系统内部时间的流逝就变慢。

由于妹妹的运动规律改变了,且改变了后其运动速度,相对原来自己的运动速度变大了;而哥哥的运动规律没有改变,其运动保持原来的运动规律(或状态)。所以妹妹的时间流逝变慢了、时钟走的就慢;因此妹妹自然就会变得更年轻一些,哥哥的生命运动依然照旧。

故,孪生子佯谬中,谁的运动规律改变了,谁的时间流逝就变慢,谁的时间就走的慢;而没有改变运动规律的一方,时间流逝的速度依然照旧。即在孪生子佯谬中,真正意义上时间流逝变慢的是,乘坐宇宙飞船的妹妹。

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