雙生子佯謬：雙胞胎兄弟，哥哥坐火箭以亞光速在太空遨游，弟弟在地球等哥哥回來(lái)，試問(wèn)當(dāng)哥哥回來(lái)時(shí)，兄弟兩個(gè)誰(shuí)更年輕？

弟弟認(rèn)為哥哥在運(yùn)動(dòng)，所以哥哥時(shí)間過(guò)的慢，因此哥哥年輕；而哥哥卻認(rèn)為弟弟在運(yùn)動(dòng)，因此弟弟年輕。

本篇文章承接上文都21世紀(jì)了，還想用“雙生子佯謬”去推翻相對(duì)論？別想了，本文將對(duì)上文留下的問(wèn)題作更加詳細(xì)的解釋。

上文講到，之所以哥哥回來(lái)后會(huì)發(fā)現(xiàn)自己比弟弟年輕，原因就在于哥哥和弟弟所處的參考系并不平等，哥哥是非慣性系，弟弟是慣性系，而狹義相對(duì)論的基礎(chǔ)是自然規(guī)律在慣性系之間相同，因此這個(gè)問(wèn)題的答案就不可能是：“雙方都覺著對(duì)方年輕”這樣一個(gè)建立在雙方都是慣性系才有的無(wú)解結(jié)局。

所以說(shuō)這個(gè)問(wèn)題的根源就在于雙方參考系不平權(quán)，那么涉及到非慣性系，是否就意味著要?jiǎng)佑脧V義相對(duì)論呢？答案并不是。

接下來(lái)，就讓我們給出上篇文章遺留的關(guān)于“哥哥是否處于引力場(chǎng)”詳細(xì)解答。

一個(gè)等效原理的通俗解釋：加速度和引力場(chǎng)等效。但這樣的一句話很容易讓人誤解，認(rèn)為哥哥因?yàn)樘幱诩铀倩鸺?，所以就能看做哥哥是身處在一個(gè)引力場(chǎng)當(dāng)中，而涉及引力場(chǎng)的話，那就能利用引力場(chǎng)對(duì)時(shí)間會(huì)產(chǎn)生影響這一點(diǎn)，從而解釋為什么哥哥比弟弟年輕。

但我們不要忘了，廣義相對(duì)論對(duì)引力的解釋是：引力是時(shí)空彎曲的外在表現(xiàn)。如果認(rèn)為哥哥所在的加速火箭是一個(gè)引力場(chǎng)的話，那也就是認(rèn)為哥哥所處的時(shí)空發(fā)生了變化，不再是之前的平直時(shí)空，而變成了彎曲時(shí)空，而這樣的矛盾就凸顯出來(lái)了，因?yàn)榈艿芤恢碧幱谄街睍r(shí)空（不要糾結(jié)于弟弟在地球，而地球附近的時(shí)空是彎曲的這一無(wú)關(guān)緊要的條件下，因?yàn)榈厍蛑皇菫榱俗岊}目顯的自然一些，如果不是這樣，你可以直接假設(shè)弟弟是處于空無(wú)一物的太空當(dāng)中），而哥哥原先也是平直時(shí)空，然后就因?yàn)樽狭嘶鸺?，結(jié)果就變成了彎曲時(shí)空。

一個(gè)平一個(gè)彎，這已經(jīng)違背了問(wèn)題的先提條件，如果這樣解釋還不足以認(rèn)識(shí)到此種解釋的錯(cuò)誤性，那么就得涉及到用潮汐效應(yīng)去解釋了，因?yàn)檫@是判斷時(shí)空是否彎曲的標(biāo)準(zhǔn)之一。

要理解這個(gè)效應(yīng)實(shí)際上很簡(jiǎn)單，就以弱引力場(chǎng)為例，因?yàn)榕ｎD的萬(wàn)有引力定律是廣義相對(duì)的弱場(chǎng)近似，因此用牛頓的萬(wàn)有引力定律去講解弱引力場(chǎng)中的潮汐效應(yīng)，并不妨礙我們得到正確的定性結(jié)論。

所謂潮汐效應(yīng)，直觀來(lái)說(shuō)就是物體各點(diǎn)所受引力大小不一致，從而產(chǎn)生了一種潮汐力去拉扯物體，如果一個(gè)人身處黑洞附近，那么就能親身體會(huì)到身體被拉扯斷的那個(gè)不可抗拒的力量了。因此定性來(lái)說(shuō)，只要時(shí)空彎曲，那么物體內(nèi)部就一定有潮汐力的存在（只有明不明顯之分）；反之如果不存在潮汐力，那么時(shí)空一定不彎曲。

有了這樣的標(biāo)準(zhǔn)，讓我們?cè)賮?lái)看看哥哥所處的加速火箭，如果認(rèn)為哥哥處的就是一個(gè)引力場(chǎng)，那么意味著時(shí)空必須彎曲，因此必定存在潮汐效應(yīng)，也就是說(shuō)哥哥在火箭內(nèi)勢(shì)必受到潮汐力（假設(shè)哥哥身體非常敏感），換句話說(shuō)哥哥頭部受到的引力大小不等于腳部受到的引力大?。▋刹课灰?chǎng)強(qiáng)不等）。但事實(shí)呢？對(duì)于一個(gè)做加速的系統(tǒng)，其內(nèi)部等效出來(lái)的引力場(chǎng)強(qiáng)各點(diǎn)均勻，這一點(diǎn)只要稍微在腦子里想一下就能得出。

因此火箭內(nèi)部所等效出來(lái)的引力場(chǎng)不存在潮汐效應(yīng)，所以嚴(yán)格來(lái)講，這個(gè)根本不是引力場(chǎng)（真正的引力，就必須認(rèn)為是時(shí)空彎曲）。

既然哥哥所處的加速系都不涉及引力場(chǎng)了，那么怎么還能把廣義相對(duì)論套到這個(gè)問(wèn)題上去呢？（借由上述分析，我們也能看出，廣義相對(duì)論與狹義相對(duì)論的分界并非是慣性系與非慣性系之分，而是時(shí)空是否平直或彎曲之分）

洛倫茲變換

這樣一通講述下來(lái)，我們發(fā)現(xiàn)雙生子佯謬根本不涉及廣義相對(duì)論，那么唯一的解釋就是用狹義相對(duì)論去解決。但有人說(shuō)了，火箭在太空旅行，一去一返，絕對(duì)是要涉及變速過(guò)程的（也就是存在加速、減速），而狹義相對(duì)論不是處理慣性系的嗎？怎么能用來(lái)處理變速運(yùn)動(dòng)呢？

這恰恰說(shuō)明了很多人對(duì)狹義相對(duì)論的一個(gè)誤解，雖然狹義相對(duì)論的成立基礎(chǔ)是慣性系（其實(shí)這個(gè)觀點(diǎn)已經(jīng)過(guò)時(shí)了），但并沒有禁止它不能處理非慣性運(yùn)動(dòng)啊。如果一個(gè)物體在一個(gè)慣性坐標(biāo)系內(nèi)做變速運(yùn)動(dòng)（或者說(shuō)是任意運(yùn)動(dòng)），那都是符合狹義相對(duì)論的要求的（因?yàn)槲覀兛梢跃痛私⒍鄠€(gè)瞬時(shí)慣性系）。

如果還搞不明白這一點(diǎn)的朋友，你可以回憶一下中學(xué)的牛頓力學(xué)定律，首先大家都知道牛頓力學(xué)定律成立的前提就是慣性系，但這妨礙它去處理加速物體的運(yùn)動(dòng)了嗎？

為此，我們將在下一篇文章中介紹有關(guān)雙生子佯謬中兄弟各自的時(shí)間該如何計(jì)算，以及現(xiàn)實(shí)世界中科學(xué)家們親自做的雙生子佯謬實(shí)驗(yàn)（當(dāng)然了，并不是用的真人去模擬）。

本篇文章的內(nèi)容到此結(jié)束。

謝謝各位閱讀！

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