但是别忘了 , 运动是相对的 , 地球上的甲可以认为自己比乙年轻 , 因为在他看来 , 完全可以认为乙没有动 , 而是自己朝着相反的方向旅行了一圈 , 然后回来 , 因此他会认为自己比乙年轻 。
这两个结论明显互相矛盾 , 那么谁对谁错?到底是甲年轻 , 还是乙年轻?
谁对谁错 , 这个问题其实很简单 , 我们知道狭义相对论的中时间膨胀效应只在惯性系中等效 , 这是狭义相对论的前提 , 惯性系中物理定律保持不变 。如果我们两个相对做惯性运动 , 那你可以认为我的时间变慢 , 我也可以认为你的时间变慢 。
但是只要有一方偏离了惯性系 , 那么这个效应就不再是等价的 , 做非惯性运动的人 , 也就是做变速运动的人相对于惯性系中的人 , 他的时间变慢效应是真实的 。
那么问题是 , 甲和乙谁经历了非惯性运动?
你可能会认为是乙 , 因为他坐飞船离开地球的时候 , 先加速到了0.9999C , 然后以这个速度匀速飞行 , 当他返回地球的时候 , 势必要减速到0 , 然后又朝着地球在加速到0.9999C , 很明显乙在做非惯性运动 。
但是甲何尝不认为是乙不动 , 自己在加速远离 , 然后加速返回的 。这个问题没法解决了?其实不然 , 别忘了我们是如何定义惯性系的 。
相对于孤立质点静止 , 或做匀速直线运动的参照系 , 就称为惯性系 。掌握了这一点之后 , 我们重新思考下双生子实验 。
在宇宙中 , 我们可以把一颗流浪行星比作一个孤立质点 , 它漂浮在浩渺的宇宙空间中 , 不与任何物质发生相互作用 , 它的运动状态就可以看作是一个完美的惯性系(静止或直线运动) 。
现在我们的地球相对于这个流浪行星是静止的 , 那么我们的地球也是一个完美的惯性系 , 现在我们让乙乘坐飞船经历加速 , 减速 , 再加速返回地球 , 那么乙会认为自然经历了变速运动 , 自己时间变慢更年轻 。
此时甲就不能认为是乙没有动 , 是自己做了变速运动 , 因为现在有了一个绝对完美的惯性系 , 流浪行星作为参考系 , 很明显甲一直相对于流浪行星在做惯性运动 , 它并没有经历非惯性运动 , 而乙的惯性运动是真实的 , 因为它真的相对于流浪行星在做非惯性运动 。
所以乙认为自己比地球上的甲年轻是正确的 , 因为他真实的偏离了惯性运动 。因此双生子佯谬并不是一个佯谬 , 而是一个真实的效应 , 很早都在狭义相对论的基础上得到了解决 。
当然解决解释双生子效应的办法还有很多 , 我说的这个最为简单 , 也更偏向科普 。虽然利用闵氏时空图更加直观一些 , 但是我们这些门外汉看起来还是略显复杂 。
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