双胞胎各自乘光速飞船相反方向飞行,再飞回来相遇,谁会变老?
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双生子问题最早是由朗之万提出的, 来质疑狭义相对论的时间膨胀效应:一对双胞胎,一个留在地球上,另一个乘坐宇宙飞船到太空旅行。飞行速度非常高,接近光速,那根据爱因斯坦的相对论,在太空旅行的双胞胎中的一人回到地球时还是一个小孩,而他在地球的兄弟早已死去了。朗之万想用这个荒谬的思想实验来挑战爱因斯坦,证明时间是一个独立的维度,不可能因为物体运动速度而变慢。
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可是我们知道狭义相对论在时间变慢这一点上确实是对的,实验也证明了。但是问题来了,就算这个理论是对的,郎之万的思想实验本身也是一个矛盾,因为运动是相对的啊。
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如果我们以留在地球上的兄弟作为参照系,那旅行者回到地球后,我们发现他比他留在地球的兄弟更年轻。可是反过来如果以宇宙飞船为参考系,留在地球的人也以近光速飞行,碰面的时候应该是地球上的兄弟,比飞船上的年轻。这才是问题所在。
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那到底是谁会变年轻呢?在1905年爱因斯坦提出狭义相对论的时候,他自己也没有答案 。一直到十年之后,爱因斯坦通过等效原则把相对论推广到非惯性参考系才完整清晰的解释了这个问题。
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答案是:谁去找谁,谁更年轻。在双生子佯谬中,那个开着飞船先飞离地球在飞回来的兄弟会更年轻,因为他经历了加速和减速的过程。
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