| “双生子佯谬”新论 公式： ____ tˊ = t √1 - v2/c2 （文字描述为：在以速度v运动着的物体上，时间tˊ等于参照系原点的时间 t 乘以根号下的1减去速度v的平方除以光速c的平方） 上面所引的是爱因斯坦相对论的基础公式之一，其意义不下于使其闻名于世的E = mc^2。 相对论的时空概念就是在此公式基础上建立起来的。根据该公式可以得出当人们以高速旅行时，时间会变慢。这种计算结果曾经引起过普遍的争论。著名的“双生子佯谬”（Twin Paradox）就是由运用该公式计算时间而导致的一个悖论（paradox也可译作“悖论”）。 “双生子佯谬”是讲在地球上有一对双胞胎，哥哥当了宇航员去太空以接近光速的速度旅行。由于速度v接近光速，将v代入爱因斯坦的时间公式可以得出哥哥在飞行了多年以后，实际上比本地弟过了短得多的时间（在以86.6%光速，约合每秒259800公里的速度旅行时，宇航员的时间减慢一半）。当哥哥返回地球时，会发现比双胞胎弟弟年轻了许多。 双生子的矛盾现象曾引起过对相对论的很多讽刺与争论。反对最强烈的是一位物理教授名叫丁格尔(Herbert Dingle)。他在1956年到1968年之间发表了至少15篇文章反对相对论。丁格尔认为，根据相对论的基本论点，所有速度都是相对的（就因为如此才叫“相对论”），宇宙间没有一个绝对不动的地方可用来做参考点(reference point)。在相同情形之下，任何点都可作为参考点。当地球作为参考点或观察点时，宇航哥远航回来，因在旅程中时间变慢．他的生理年龄会比本地弟年轻。但是如果以太空船作为参考点，这样太空船可认为是不动的，宇航哥可先看到地球快速离开，然后又返回到太空船来。这样一来，在宇航哥看来，地球及本地弟是以速度v在远航旅行，那么按照相对论的时间公式，旅行的本地弟应比宇航哥年轻。根据相对论，他们应该彼此互相比对方年轻。这就导致了明显的悖论，也是不可能发生的事。丁格尔直爽地写道 ：“当宇航哥远航回到地球上时，他的生理年龄必须与本地弟完全一样，或者相对论应该被否定并放弃”。 这一推理极大的威胁了相对论的合理性。几十年来，维护相对论的科学家们找出了各种理由来解释这一悖论。迄今为止，较有代表性的说法是当以太空船作为参考点时，尽管船上的宇航哥看到地球加速离去，但是地球上的人并不觉得任何力量在推动他们。这与以地球作参考点是不同的。当太空船离去时，地球上的人们并不觉得有任何不同，也没有感到任何推力，他们的生活照常。但宇航哥会感到有很大的推力产生加速度，使他的速度越来越快。推力乘以距离等于能量。动能就越来越大了。相对论指出能量与质量是相当的。能量增加时质量也增加。在太空船上的质量大时，人们的行动，生活及新陈代谢都会迟钝，时间也就缓慢了。 实际上这种解释已经在某种程度上否定了爱因斯坦相对论的时间公式。在爱因斯坦的时间公式里我们可以看出，时间的变化仅仅和物体的相对速度v有关，而于物体的加速度（或者推力）无关。这里所引入的能量增加和推力和爱因斯坦的时间公式并无关联。因而，如果加速度或者能量增加是使时间变慢的因素，爱因斯坦的时间公式就必须加以修改，将这些因素引入公式。另外还有以引力波和其他因素来解释这一悖论的观点。但是关键在于爱因斯坦的时间公式除了相对速度之外，与其他一切因素概无关联。任何以速度之外的因素来解释这一公式的企图，都给人以强词夺理的印象。举例来说，一个孩子用石头砸了别人的窗户，而孩子的家长为了给孩子辩护，非要说是昨晚的冰雹砸碎的。尽管冰雹可以砸碎窗户，但改变不了孩子砸碎窗户的事实。也许引力波或者加速度（推力）可以改变时间，但这并不等于相对速度就可以改变时间啊。 尽管“双生子佯谬”在爱因斯坦生前就已经争论了很久，但爱因斯坦一直没有修改这一公式，可见他本人并不认可引用附加因素所作的种种解释。由于在实验室里得到了很多支持相对论的实验数据，相对论日益得到科学界的接受，“双生子佯谬”渐渐被人冷落，但它一直是相对论的一个死结。此结一日不解，相对论一日不能成为世人普遍接受的科学真理。 实际上“双生子佯谬”有另一种更复杂的形式，使相对论更加陷入无法解释的悖论。 假设双胞胎两人都成为了宇航员，同时被派往太空的A、B两星球执行太空任务。两星球分别位于地球相对的东西两侧，在距离地球10光年的位置上。两兄弟乘坐的飞船速度为0.5c（光速的一半），飞抵各自的目的星球后，随即返回地球（在各自目的星球仅作极短暂的停留，例如一天，可以忽略不及）。当以地球为参照系时，双胞胎兄弟在太空的飞行时间均为40年（单程20年），而飞船上的时间均为34.64年（从爱因斯坦时间公式求出0.5c的速度时，地球上的每年变为飞船上的0.866年）。因而两兄弟的年龄应该没有分别，都为出发时的年龄加上34.64年。 然而，如果以哥哥的飞船作为参照系，则弟弟的速度在飞行前半段等于以光速离开，而后半段等于以光速接近。如果将此速度值代入爱因斯坦公式，则弟弟的飞船时间等于零，也就是说弟弟飞船上的时间停止了。当大家返回地球时，哥哥老了34.64岁，而弟弟则还是出发时的年纪！如果以弟弟的飞船作为参照系，则弟弟老了34.64岁！按照相对论理论，参照系的变换是不应该影响计算结果的。如果只能允许一个不遍的绝对参照系（地球参照系），那么相对论就不是相对论了，干脆叫“绝对论”得了。 在上面的例子中，如果把哥哥和弟弟的飞船加速到0.6c，则会出现双胞胎飞船之间的相对速度超过光速达到1.2c的现象！在理论上这是可能的，对于地球来说他们并没有违反最高速度以光速为限的相对论。然而他们之间的相对速度却超出了相对论所能允许的限制条件。如此一来，在爱因斯坦的时间公式里就会出现负数开根号的不合理现象。因此相对论并不像主流学派所认可的那样无懈可击，仍然有待于人类进一步的探索和深化了解并加以改进。 |