還想用“雙生子佯謬”推翻相對論？都什么年代了！

1905年，隨著愛因斯坦《論動體的電動力學》的發表，標志著狹義相對論的橫空出世。然而對于“身陷”牛頓經典時空觀的眾多物理學家而言，想要徹底放棄并接受一個帶有極大變革性的新觀點是不容易的一件事。

保羅·朗之萬

即便是到了1911年，也就是狹義相對論問世后的第六年，著名物理學家保羅·朗之萬就在一次會議上提出了這樣一個質疑：

狹義相對論認為運動的物體，其時間過得相比于靜止物體要慢，如果考慮一對雙胞胎兄弟，哥哥乘坐火箭從地球出發，要進行一次太空旅行，并且火箭是以接近于光速的速度飛行，如此一圈下來，當哥哥再次抵達地球時，哥哥與弟弟二者的年齡會出現什么樣的變化？

1. 對于弟弟來說，因為哥哥是處于運動當中，所以弟弟認為：當哥哥返回地球時，哥哥將會比自己年輕。
2. 而對于哥哥而言，由于運動是相對的，他認為弟弟在高速運動，因此當他返回地球時，弟弟應該比他年輕。

這就是雙生子佯謬的核心內容，暫且不論哥哥對還是弟弟對，關鍵在于哥哥的這趟太空旅行并非一去不復返，總有一天他們兩兄弟會再見面，因此實際情況只能出現一種，所以到底是哥哥年輕還是弟弟年輕呢？

實際上這個問題本不該是一個問題，但事實卻擺在面前，即便是狹義相對論問世后的第六個年頭，依舊有很多人對整個理論搞不明白，甚至于這個雙生子佯謬的爭論竟然斷斷續續的一直持續到了愛因斯坦去世后，依舊還有學者拿起來說事。學者如此，那對于普通大眾來說，雙生子佯謬則顯得更加長壽，時至今日，依舊有人在網上借其來“推翻”狹義相對論。

青年時期的愛因斯坦

那么上一段為何說這個“雙生子佯謬”本不該是一個問題呢？

道理很簡單，因為狹義相對論要求的是慣性系之間平權，而問題當中的哥哥，因為哥哥乘坐火箭旅行，必定少不了加速、減速的過程，因此他與弟弟二者之間就不是慣性系平權的關系了，因此題目中存在一個非慣性系，那么結論自然就不可能是“雙方看對方，都覺著對方比自己年輕”了。（言外之意，如果這個過程中二者都保持慣性系不變，那么這個結論才成立）

但很多人對這個解釋不滿意

其實上段就是對于雙生子佯謬的解釋，但他們認為由于運動是相對的，在哥哥眼中，弟弟也是一個非慣性系，也有加速、減速。對于一些不太深入了解相對論的朋友來說，這條反駁顯的很有分量，似乎這個問題又回到了原點，成了一個矛盾，似乎得不出答案了。

但實際上，這僅僅是從牛頓力學的角度出發才會有的想法，這里所謂對等的，大家都有的加速速僅僅是三維加速度而已。如果通俗來講，哥哥認為弟弟有加速度，其實是一個假的加速度，因為對于弟弟本人而言，他絲毫沒有感覺到類似于“推背感”的這種感覺出現（為了避免誤解，你可以認為弟弟處于太空中，或者忽略地球質量的存在，免得因為對廣義相對論中等效原理的過度理解而導致不信服）；而弟弟認為哥哥有加速度，卻是真的加速度，因此哥哥很清晰的知道并感覺到自己是處于一個加速飛行器中。

加速度的問題解決了，那么接下來是不是就沒有疑問了？事實證明并不是這樣。

雖然到目前為止，我們似乎給這個問題得到了定性的答案：哥哥比弟弟年輕。但很多人對這個答案的由來卻出現了偏差，因為涉及加速度，于是就很自然的想到了廣義相對論中的等效原理。

而關于等效原理，最通俗的解釋就是：加速度與引力場等效。然而正是這種通俗的解釋，又給雙生子佯謬帶來了新的問題。

不少科普文章都這樣說：由于等效原理，火箭中的哥哥因為具備加速度，因此等效于處在一個引力場當中，而廣義相對論告訴我們，引力場不同位置有不同的時間流速，也就是引力場會導致時間變慢（相比于無引力的弟弟而言）。

導航衛星中存在相對論時間修正項

乍一看，這樣的解釋簡直“天衣無縫”，甚至還會發出：“你看，在這問題上，我們竟然對狹義相對論和廣義相對論有了一個很好的認識”等類似的感嘆。

然而事實情況并非如此，實際上哥哥并沒有處在引力場中，之所以有那樣的結論，僅僅是因為對等效原理的誤解所致，或者那只是一個假的引力場，既然是假的，那么“哥哥的時間變慢”這個結論又是從哪得來的呢？

很顯然，就是單純的從狹義相對論中得到的，更加詳細的解釋（附帶一些必要的計算過程以及為什么說哥哥處的是一個假引力場）將會在下一篇文章中給出。

總的來說，雙生子佯謬只是一個單純的狹義相對論問題，而不是什么悖論佯謬，因為它可以得到很合理的解釋。