孿生子佯謬能駁倒相對論嗎?| 科技袁人_風聞
风云之声-风云之声官方账号-2022-09-12 21:25
導言:
感覺到加速度的那個人,將是兩兄弟中年輕的那一個。
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相對論有一個著名的後果,叫做“鐘慢效應”,説的是從一個勻速直線運動的參照系看來,時間會變慢。例如一艘飛船相對於地球以速度u運動,那麼在地球上的人看來,飛船中的一切都變慢了。變慢的係數是1/sqrt(1 - u^2/c^2),其中c是光速。從外面看來,飛船駕駛員的動作變慢了,心跳變慢了,思維變慢了,新陳代謝也變慢了,飛船中的所有物理過程也都變慢了。例如兩個小球相撞然後彈開,在飛船外面看來就是慢動作。但在飛船內部,一切都很正常,飛船駕駛員不會感受到任何異樣。在他看來,自己的一切都是同樣的速度,自己周圍的一切也都是同樣的速度。也就是説,他不可能通過觀察周圍的情況發現自己是在高速運動,而不是靜止。


鐘慢效應是個真實的效應,然而許多人始終不能理解這一點。有一個著名的問題叫做“孿生子佯謬”,就經常被他們拿來反對相對論。假定有孿生兄弟兩人,甲坐飛船飛出去,乙留在地球上,那麼根據剛才説的,在乙看來甲變慢了。假如過了一段時間以後甲回到地球上,乙就會發現他這位兄弟比他年輕。然而許多人會説,根據同樣的理由,在甲看來乙也變慢了,所以甲也會發現乙比自己年輕。請問,究竟是誰比誰年輕?

他們認為這是一個邏輯矛盾,是對相對論的絕殺。在所謂推翻相對論的理由中,這是相當常見的一個。但大家可以想想,相對論如果這麼容易就會被這種腦筋急轉彎式的邏輯推翻,怎麼會成為科學界的標準理論?這種問題不應該是早就有解答的嗎?
實際上,對這個問題早已有明確而簡單的回答,見《費曼物理學講義》第16章第2節,這一節的標題就是“孿生子佯謬”。

費曼指出,甲乙要重新相遇並進行比較,甲就必須返回到地球上。請注意,一直保持勻速直線運動是不可能返回的。要返回,甲的飛船就必須在某個時間點掉頭,而掉頭會產生加速度。
相對論中有個要點,速度是相對的,加速度是絕對的。也就是説,你不向外看不可能知道自己有沒有速度,但你完全可以不向外看就知道自己有加速度。為什麼?因為加速度會產生一些可觀測的效果,例如東西會撞到牆上,好像它們受到一個力的猛推似的。坐過汽車的人,肯定都知道“推背感”,這就是加速度的明確效應。還有一個常見的例子,旋轉的水杯或水桶中水會往上爬,任何人看到這個景象都會明白這裏有旋轉的加速度。
因此,費曼給出明確的答案:感覺到加速度的那個人,將是兩兄弟中年輕的那一個。如果反相對論的民科們願意多看看這些經典教材,他們的問題自然就消失了。用現在的流行語説,這些人就是讀書太少,而瞎想太多。
實際上,鐘慢效應有一個明確的實驗證據:繆子的壽命。這個例子可以在《費曼物理學講義》第15章第4節看到。繆子是一種基本粒子,它的平均壽命只有2.2微秒。這麼短的壽命,即使以光速運動,也只能跑區區660米。然而,我們在地面上的實驗室卻可以接收到宇宙線中的繆子。也就是説,它們穿越了10公里厚的大氣層,創造了生命的奇蹟。

這是怎麼做到的?答案是:在繆子自己看來,它只生存了2.2微秒,但在我們看來,它的壽命卻比這個長。回憶一下,時間延長的因子是1/sqrt(1 - u^2/c^2)。假如有些繆子的速度十分接近光速,即u接近c,那麼它的生存時間會比2.2微秒長得多,足夠它穿越10公里的大氣層。所以開玩笑地説,只要你跑得足夠快,你就可以在壽命內跑出任意遠。
這個解釋能不能進一步驗證呢?可以。對於各種速度的繆子,人們非常精確地測量了它們的平均壽命,結果與上述公式十分吻合。
所以大家可以明白,相對論是一個嚴密的理論。它完全不是常識,但在跟常識矛盾的地方它是正確的,常識才是錯誤的。學過相對論的人都相信它,是因為它邏輯嚴整,而且得到了實驗的驗證,完全不是用腦筋急轉彎就能推翻的。
現在,大家是不是不僅明白了鐘慢效應,明白瞭如何解決孿生子佯謬,而且明白了民科錯在哪裏,明白了科學是如何運行的呢?