狹義相對論
雙生子佯謬
一對雙胞胎中,一位登上快速火箭,飛奔到一顆遙遠的恆星再折返,另一位則留守地球。當他們重逢時,旅行的那位確實更年輕;她的身體和她的鐘上流逝的時間都更少。這道難題,這個「佯謬」,在於時間膨脹本應是對稱的,那麼為何回來時年輕的只是其中一位,而不是彼此都覺得對方更年輕?
解答在於:這兩種處境其實並不對稱。留守的那位自始至終待在單一的慣性參考系中,從未感到任何推力。旅行的那位卻必須點燃引擎掉頭,而在那次掉頭當中,她切換了參考系、感受到真實的加速。正是這破缺的對稱,使一條路徑在客觀上不同於另一條;那個天真的「彼此都看到對方變慢」的論證,悄悄假定了一種被掉頭所摧毀的對稱。
若透過時空的幾何來看,答案乾淨俐落,根本不需要任何加速公式。在兩個事件之間,那條筆直、不加速的世界線積攢的固有時最多,而旅行者那條彎折的、來回往返的路徑,在這種特殊意義上更短。於是她乾脆老得更少,道理就和一條拐彎抹角的路線走過的「時間—距離」少於直路一樣。一旦你接受時空是沿著一條路徑來量度流逝時間的,而非沿著單一的普遍時鐘,它就不再是佯謬。
這是已成定論的實驗事實,而非一樁凝固在紙面上的思想實驗。在儲存環裡被甩著高速繞行的粒子,其壽命可測量地長於靜止的同類,恰如彎路圖像所要求的;而精密的原子鐘環繞地球飛行後歸來,讀數確實略微落後於留在地面的鐘。旅行者真的會更年輕地歸來;唯一的錯覺,不過是曾把它稱作「佯謬」而已。
τ_traveller = τ_home / γ (e.g. γ=5 → 2 yr aboard while 10 yr pass on Earth)
旅行者的固有時,等於留守者的固有時除以此次旅程的勞侖茲因子。
這種不對稱是物理的,並非視角問題:只有旅行者在掉頭處感受到加速,因而只有她的路徑在時空中被彎折。它並非真正的佯謬。
又稱
另見