狭义相对论
双生子佯谬
一对双胞胎中,一位登上快速火箭,飞奔到一颗遥远的恒星再折返,另一位则留守地球。当他们重逢时,旅行的那位确实更年轻;她的身体和她的钟上流逝的时间都更少。这道难题,这个「佯谬」,在于时间膨胀本应是对称的,那么为何回来时年轻的只是其中一位,而不是彼此都觉得对方更年轻?
解答在于:这两种处境其实并不对称。留守的那位自始至终待在单一的惯性参考系中,从未感到任何推力。旅行的那位却必须点燃引擎掉头,而在那次掉头当中,她切换了参考系、感受到真实的加速。正是这破缺的对称,使一条路径在客观上不同于另一条;那个天真的「彼此都看到对方变慢」的论证,悄悄假定了一种被掉头所摧毁的对称。
若透过时空的几何来看,答案干净利落,根本不需要任何加速公式。在两个事件之间,那条笔直、不加速的世界线积攒的固有时最多,而旅行者那条弯折的、来回往返的路径,在这种特殊意义上更短。于是她干脆老得更少,道理就和一条拐弯抹角的路线走过的「时间—距离」少于直路一样。一旦你接受时空是沿着一条路径来量度流逝时间的,而非沿着单一的普遍时钟,它就不再是佯谬。
这是已成定论的实验事实,而非一桩凝固在纸面上的思想实验。在储存环里被甩着高速绕行的粒子,其寿命可测量地长于静止的同类,恰如弯路图像所要求的;而精密的原子钟环绕地球飞行后归来,读数确实略微落后于留在地面的钟。旅行者真的会更年轻地归来;唯一的错觉,不过是曾把它称作「佯谬」而已。
τ_traveller = τ_home / γ (e.g. γ=5 → 2 yr aboard while 10 yr pass on Earth)
旅行者的固有时,等于留守者的固有时除以此次旅程的洛伦兹因子。
这种不对称是物理的,并非视角问题:只有旅行者在掉头处感受到加速,因而只有她的路径在时空中被弯折。它并非真正的佯谬。
又称
另见