关于相对论一直有个地方不理解,请问是怎么回事?

作者&投稿:喻泪 (若有异议请与网页底部的电邮联系)
~ 一亿年前相当恐龙时代,假设那个时代有一艘接近光速飞船飞出去一分钟,地球上过了一亿年,那么这艘飞船只能回到一亿年前的地球,不可能到达一亿年后的地球!如果飞船能飞到一亿年以后的地球,那么,就不是飞船的时间变慢了,而是飞船的时间变快了,

飞船用一分钟的时间穿越到了一亿年后的世界里,这明显是在说飞船的时间快嘛,不然飞船用一分钟怎么可以来到一亿年后的地球?

实践告诉我们,时间不同步的事件不可能同时出现!一亿年前加一分钟还是一亿年前,一亿年前的飞船怎么可以穿越到一亿年后的世界里呢?那些疯子说速度快时间慢,慢的和快的怎么同步?你的时间还停留在昨天,我的时间已经已经到今天了,昨天的你可以见到今天的我吗?傻子都知道这是不可能的!爱因斯坦比傻子还傻!比疯子还疯!

你描述的实际上就是“时间佯谬”,又叫“双生子佯谬”。这是一个有关狭义相对论的思想实验,说的是双胞胎哥哥乘坐近光速飞船离开地球作远程太空旅行,弟弟则留在地球。哥哥相对于弟弟作近光速运动,返回地球后,发现哥哥比弟弟年轻。

因为按照狭义相对论,高速运动会使物体的时间流逝速度变慢。可根据相对性,弟弟相对于哥哥也是作近光速运动,那在哥哥看来,却是弟弟的时间过得比自己的慢。这些结论产生了矛盾,有人据此认为狭义相对论在逻辑上是矛盾的,因为它得出了有关时间方面的悖论。或者认为它的结论是不对的——哥哥不会比弟弟年轻。那实际情况到底如何,到底谁对?
对“双生子佯谬”的传统权威解释

爱因斯坦最初对此的解释是,时间的同时性具有相对性,两个惯性系之间的时间是没有办法比较的,它们的比较也是毫无意义的,如果哥哥乘坐飞船不再回来,他们互相的观察结果都是对的。狭义相对论是关于惯性系之间的时空理论,弟弟处于惯性系,而哥哥由于存在加减速处于非惯性系,因此狭义相对论解释不了非惯性系的问题。

直到他创立广义相对论后,拿出他的大杀器——等效原理,即引力场局域等效于加速度场,才算解释了这一问题。

相对来说,弟弟和哥哥虽然都处于引力场,但他们在引力场中所处的位置却不同,因而引力场对他们的影响是不同的:在哥哥刚加速离开弟弟和减速回到地球时,这时两人相距较近,引力场势相差不大,引力场对他们时间流逝的影响相差不大,且这块经历时间很短,所以完全可以忽略不计。而在哥哥 反向掉头 时,哥哥和弟弟相距非常遥远,这时弟弟的引力场势远高于哥哥,它使哥哥的时间比弟弟流逝的要慢的多,这一影响超过了弟弟相对于哥哥高速运动对时间的影响,最终他们会合时,弟弟仍然比哥哥变老了,

这一结论,无论以谁来分析都是一样的。这根本不是什么悖论,只能算是“佯谬”。这一解释长久以来成为“时间佯谬”的权威解释。
对“时间佯谬”的现代解释
实际上对“时间佯谬”有一种现代解释非常简单,这种解释并不需要广义相对论,狭义相对论就足够了。那就是用闵可夫斯基的四维线长度,即用世界线和时空图,就能一目了然来判断到底谁的时间变慢了。
图中
A点是哥哥与弟弟分手的事件,C点是哥哥回到地球与弟弟相逢的事件,ADEC黑色直线轨迹是弟弟的世界线,ABC绿色折线是哥哥的世界线。

与欧氏几何对比,欧氏空间中与一点距离相等的点,是在一个圆周上。而闵氏时空则是在两条双曲线上(如上图红色和蓝色双曲线)。也就是说从A点到红色双曲线上任一点的直线段的四维线长都是相等的,即AD=AB。同理EC=BC,由于线段AC比AD加上EC还要长出DE一段,由此可知ADEC这条路径的四维线比ABC这条路径的四维线长,也就是弟弟的固有时(四维线长除以光速就是固有时)比哥哥的长。因此 哥哥返回地球后,弟弟变的比哥哥老了。狭义相对论的结论并不矛盾。

注意
这不是基于不同参考系的观测效果(狭义相对论的很多结论都是观察者效应,不同参考系的观察者对同一事件的观察结果是不同的),而是哥哥和弟弟真正的固有时差异。这是对狭义相对论的深度解读,闵氏时空的四维线长与参考系无关,它是不依赖于参考系的。也就是说无论选择弟弟的还是哥哥的参考系,其结果都是一样的。

其实你的这个疑问是完全有道理的。因为所谓的时间变慢这个,就是一个无法解释的东西。时间其实只是人类在三维世界的一个定义,在更高的维度中,是否成立还未可知。所以,一切都是假设,在假设的基础上,就是一切皆有可能。


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