相对论的火车隧道佯谬是怎么回事儿？
一个世纪过去了，尽管越来越多的人为相对论与日俱增的魅力所吸引，去学习理解谈论相对论，相对论依然没有能成为物理学常识进入大众的思想。
但是相对论并不是物理学家的专利，也并不是普通读者难以涉足的物理学禁地，人们设想出了种种生动有趣的例子来帮助我们理解相对论。其中最有名的当属双生子佯谬，这个例子用来解释相对论的时间相对性效应：设想有一对双生子，其中一位驾驶着宇宙飞船以接近光速的速度去做一次星际旅行，当他返回地球与他的孪生兄弟再次相聚时，发现他的兄弟已经青春不再、耋耋老矣，而他的孪生兄弟却发现他归来依旧是少年。
另一个著名的例子是火车隧道佯谬，这个例子生动诠释了狭义相对论中“同时性”的相对性和空间的相对性效应。
狭义相对论告诉我们相对做匀速运动的两个参照系或惯性系上的观察者，对两个事件的时间间隔不能达成一致，对两个事件的“同时性”不能达成一致，同时对同一物体在相对运动方向上的空间尺度也不能达成一致。 简单的说，即是惯性系之间的相对运动会产生“钟慢尺缩”效应。
不过这样的教科书式的描述确是乏味儿，既无文字之美，也没有画面之趣，还有点儿烧脑，让人提不起兴趣。
我们可以抛开这种教科书式的描述语言，构思一个故事情节来增加描述的趣味儿性：故事中有两名选修相对论课程的大学生发生了一场争论，其中一位大学生质疑狭义相对论的钟慢尺缩效应压根儿就是逻辑游戏，结果受到另外一位大学生的反驳，认为他根本没有理解狭义相对论。
质疑狭义相对论的那位大学生当然不服气，于是设想了一个火车隧道的实验场景来挑战反驳他的大学生：一列风驰电掣的火车即将驶入一条隧道之中，火车的长度与隧道的长度大致相当 --- 严谨一点儿说应当是当火车停下来时，其长度与隧道大致相当。这个隧道有个特殊的设计：在隧道的两端各安装了一扇闸门，可以随意上下关闭开启隧道。火车上和隧道旁各有一位观察者。当火车驶入隧道后，关闭隧道两端的闸门，来验证一下火车上的观察者和隧道旁的观察者，在下落关闭的闸门会不会砸中火车这个问题上是否能达成一致意见。
根据狭义相对论的“尺缩”效应，当高速行驶的火车驶入隧道时，隧道旁“静止”的观察者观察到火车的长度收缩变短了，隧道比高速行驶的火车长了很多；而火车上的观察者却认为自己和火车是“静止”的，是隧道和铁轨以及两边的景物在向相反方向做高速运动，所以火车上的观察者看到隧道及两边的一切都收缩变短了，火车反而比隧道长了很多。
那位不服气的大学生设想，如果隧道旁的观察者看到高速行驶的火车完全进入隧道后，触发控制机关同时关闭隧道两端的闸门，然后又立刻同时开启隧道两端的闸门，由于隧道比火车长，在一阖一开这个过程中隧道两端的闸门不会碰到行驶中的火车。
而在火车上的观察者看来，火车比隧道长，那么问题就来了，那位不服气的大学生想：在火车驶入隧道后的某一时刻，或者说是隧道驶过火车时的某一时刻，隧道两端的闸门同时落下，必将会有一扇闸门砸中火车！这怎么可能发生？
在火车有没有被隧道闸门砸中这件事儿上，隧道旁的观察者和火车上的观察者必须要达成一致意见，尽管根据狭义相对论，在火车和隧道的相对长短这件事儿上双方不必达成一致。
于是这位不服气的大学生质问反驳他的大学生怎么解释这个火车隧道悖论，没想到他并没有难住他的反驳者，另外一位大学生从容不迫的指出了这个悖论的谬误之处：对火车上的观察者来说，当火车驶入隧道后或者说隧道驶过火车时，隧道两端的闸门并不是“同时”关闭的，是火车行驶前方的隧道闸门首先关闭，然后开启，待火车首部驶出隧道，火车尾部进入隧道后，后方的隧道闸门再关闭，然后开启。这样，隧道两端的闸门在关闭的过程中并不会击中火车。这位不服气的大学生虽然还是不服气，但是也无话可说了。
这里问题的关键是“同时性”概念不再有普适的意义，对不同的观察者而言，“同时性”不再成立。 对于两个事件的时间间隔，不同的观察者会得出不同的结论。就像火车隧道这个场景中隧道两端闸门关闭事件，这两个事件对与隧道相对静止的隧道旁的观察者来说是同时发生的，但是对高速行驶的火车上的观察者而言，这两个事件却是先后发生的。
对于火车上的观察者来说，相对于火车做高速运动的隧道的时钟相比火车的时钟变慢了：对隧道上发生的两个事件，火车的时钟记录下的时间间隔要长于隧道的时钟记录下的时间间隔。例如火车的时钟记录下两个隧道闸门关闭事件之间有一个时间间隔 --- 这个时间间隔的大小取决于火车与隧道相对运动速度的大小，而隧道的时钟记录下两个相同事件之间的时间间隔却是零。
我们或许可以从火车隧道佯谬中得到些启示，这个思想实验让我们知道没有什么绝对客观公正的看待事物的立场和视角，从不同的立场和视角观察同一事物可能会得出不同的结论，但是不妨碍我们在重大原则问题上达成一致意见 --- 就像隧道两端下落关闭的闸门不会砸中驶过隧道的火车。
还有，尽管立场和视角会影响观察结论，我们毕竟不能随心所欲编造结论、指鹿为马，虽然在时间流逝速度和空间尺度的问题上，不同惯性系上的观察者不能达成一致，但是钟慢尺缩效应总要遵守洛伦兹变换所描述的数量关系，还是有规矩不能逾越。
创造相对论的人
其实爱因斯坦是向老子学的，老子在《道德经》中说：万物都是相对的。这就是最早的相对论
关于相对论
这个例子实际上描述了物理世界的极端情况，假如再深入一步，假设火车的速度超过光速，则你会发现“结果”先于“原因”发生，这样一来因果律就被打破了。而物理世界是必须遵循因果律的，那么这种情况我们就认为它是无法被观察的，我们能够观察的物理世界一定是遵循因果律的、即位于光锥内部，而你的假设应该...
相对论的悖论有哪些?
没有任何参照物，也能确定某一个光子是以光速运动着的。在此基础上产生了狭义相对论，也因此产生了数不清的悖论，如：横杆佯谬、时钟佯谬、双生子悖论、潜水艇悖论、柔绳佯谬、 直角杠杆佯谬、艾伦菲斯特(Ehrenfest) 佯谬、哥德尔 (Godel) 佯谬、许少知转盘悖论、 黄新卫悖论、季灏悖论……不枚胜举！
爱恩斯坦 《狭义相对论》原文
最著名的关于时间膨胀的假说通常被成为双生子佯谬。假设有一对双胞胎哈瑞和玛丽,玛丽登上一艘快速飞离地球的飞船(为了使效果明显,飞船必须以接近光速运动),...由这两条基本原理可以直接推导出相对论的坐标变换式,速度变换式等所有的狭义相对论内容。比如速度变幻,与传统的法则相矛盾,但实践证明是正确的,比如一辆火车...
由相对论引出的驳论
不同惯性系的人所观察到的现象是可以不同的，所以，相对论中在描述某个现象时若不指明是谁观察的，那这种描述就是没有意义的。不必说相对论了，就是经典力学中也有这种情况。比如，一个小朋友在火车车厢里拍皮球，他自己看到小球的运动轨迹是竖直方向上的一根直线，而站在地面上的人看到的小球的轨迹...
我发现。相对论。 有问题!
在通常情况下,这种相对论效应完全可以忽略,但在接近光速时,这种效应明显增大,比如,火车速度是0.99倍光速,人的速度也是0.99倍光速,那么地面观测者的结论不是1.98倍光速,而是0.999949倍光速。车上的人看到后面的射来的光也没有变慢,对他来说也是光速。因此,从这个意义上说,光速是不可超越的,因为无论在那个参考系,...
关于相对论双生子佯谬
是这样的,双生子佯谬的内容你说对了。呵呵。但是提出这个佯谬的目的是说:相对论导出了双生子佯谬,说明,相对论是错误的。这是根本问题。也就是说你不要在向下追究了。那么是不是说明双生子佯谬真的说明相对论是错误的呢?不是这样的。因为双生子佯谬中说的飞船飞走了,再回来。这个过程一定不是匀速直线运动。但是“...
一个关于时空隧道的问题..
这些描述十分重要,但是由于我们研究的重要是黑洞,而不是宇宙中的洞,因此我在这里只简单介绍一下虫洞的性质,而对于一些相关的理论以及这些理论的描述,这里先不涉及。 虫洞有些什么性质呢?最主要的一个,是相对论中描述的,用来作为宇宙中的告诉火车。但是,虫洞的第二个重要的性质,也就是量子理论告诉我们的东西又明确...
有关相对论的一个问题
(首先要明确，飞船可以接近光速，但达不到光速。)这是著名的 双生子佯谬。在狭义相对论范畴内无法解决，因为问题涉及到非惯性系，需要涉及广义相对论。设飞船上的人为B，地面上的人为A.如果B一直以匀速直线运动驶离A，确实是A，B都观测到对方更年轻，但这样的话，A和B也永远不会再见面，来确认到底...
问个关于相对论的问题!!
根据相对论高速运动的物体上钟走得比地球慢,如果有个星球以相对于地球高速运动,那么根据相对论,它上面的时间应该比地球上慢.但是如果从那个星球上看,地球是以高速运动的,那么地球上的... 根据相对论高速运动的物体上钟走得比地球慢,如果有个星球以相对于地球高速运动,那么根据相对论,它上面的时间应该比地球上慢....
林葛复方：[答案] 各位首先要理解好题目的意图所谓做火箭也好,铁门也好,只是形象地说明这两个思维实验,并不存在真实的点燃火箭或是关闭铁门还需要时间差之类的话火箭是相对于火车静止的,因此这时的实验是发生在火车上,以火车为参照系,...
朝天区18488757884： 相对论中火车司机与隧道守护人的争论 - ？
林葛复方： 争论的问题是:隧道在运动,还是火车在运动.具体内容如下:根据狭义相对论,运动物体在运动方向上会发生洛仑兹收缩.现在有一列静止时200米长的火车即将以1/2光速通过一条200米长的隧道.于是火车司机与隧道管理员发生了如下争执...
朝天区18488757884： 什么是佯谬?举几个例子 - ？
林葛复方： 佯谬 开放分类: 吉布斯佯谬、奥伯斯佯谬、双生子佯谬、直角杠杆佯谬、EPR佯谬佯谬就是看上去是一个错误,但实际上不是.双生子佯谬是狭义相对论中的一个最著名的佯谬.因为按照狭义相对论,运动的物体中的时间会变慢,当运动达到...
朝天区18488757884： 相对论的火车司机与隧道守护人的争论问题 - ？
林葛复方： 很简单的问题绕了这么一个大圈子,典型的进车库问题,很多书上都有.“如果2人同时做实验会怎么样”,无法同时,因为同时的概念只在同一参考系下有意义,不同参考系没有同时的概念.可以这样理解,当火车上人做试验同时发射火箭时...
朝天区18488757884： 讲讲 相对论 - ？
林葛复方： 【佯谬问题】 时钟双生子佯谬 相对论诞生后,曾经有一个令人极感兴趣的疑难问题---双生子佯谬.一对双生子A和B,A在地球上,B乘火箭去做星际旅行,经过漫长岁月返回地球.爱因斯坦由相对论断言,二人经历的时间不同,重逢时B将比A...
朝天区18488757884： 什么是相对论? - ？
林葛复方： 相对论简史http://www.newmind40.com/01_09/swh.htm 相对论http://post.baidu.com/f?kz=11197627 相对论是物理的精华 http://www.qglt.com/bbs/ReadFile?whichfile=304738&typeid=18 爱因斯坦与相对论h...
朝天区18488757884： 为什么在速度极快的时候时间会相对变慢 - ？
林葛复方： 高速运动下的物体为什么时间变慢了?这个是著名的双生子佯谬.因为A在以高速运动,而运动时间延缓,其具体公式为:t=t'/sqrt(1-v^2/c^2) 其中t为A的手表上的时间,t'为B的手表上的时间,sqrt为开平方根,v为A的速度,c为光速,v^2为v的平方,你速度越大,v越大,也越接近c,则分母越接近0,所以t越大,即时间越慢.这里有个常见的错误,以A为参照物,好像B的速度也很大很大,因为速度是相对的,但其实不然,高速下的伽利略变换是不成立的(即速度的相对性),要用相对论的速度公式得出,所以该佯谬被破解了.
朝天区18488757884： 关于超自然现象、 - ？
林葛复方：目前有说服力的只有霍金的理论里有提到“虫洞”,既是可以连接两个不同的空间的隧道,根据霍金的“多元宇宙”,虫洞可能可以连接到其他宇宙,也有可能连接到未来或者过去的宇宙,当然,这只是个假说,我们目前无法验证它,最关键的...
朝天区18488757884： 谁能解释一下小爱的《相对论》 - ？
林葛复方： 狭义相对论是建立在四维时空观上的一个理论,因此要弄清相对论的内容,要先对相对论的时空观有个大体了解.在数学上有各种多维空间,但目前为止,我们认识的物理世界只是四维,即三维空间加一维时间.现代微观物理学提到的高维空间...
朝天区18488757884： 人真的能够穿越时空吗????我们怎样穿越时空呢? - ？
林葛复方： 有两种解释吧 A:目前有说服力的只有霍金的理论里有提到“虫洞”,既是可以连接两个不同的空间的隧道,根据霍金的“多元宇宙”,虫洞可能可以连接到其他宇宙,也有可能连接到未来或者过去的宇宙,当然,这只是个假说,我们目前无法...
