天上一天，人间千年！原来这句话是有“道理”的！双生子佯谬

你有没有想过，假如有一天你乘坐接近于光速的飞船离开地球去星际旅行，若干年后回到地球，会发生什么？

爱因斯坦的狭义相对论认为，物体的运动速度越快，其时间流逝就越慢，当物体的移动速度达到光速时，时间就会趋于停滞。

虽然相对论中提到的很多理论现在已经一一被科学实验证明，但是在一百多年前相对论问世之初，还是让当时的学术界引发了巨大的争议。

即便是在当下，很多人也不相信相对论的科学性。

1911年，法国物理学家朗之万在世界哲学家大会上提出了质疑。

朗之万说“相对论不是说运动速度越快，时间流逝就会越慢吗，我能构造出一个互相矛盾的问题来驳斥”。

有一对双胞胎兄弟，哥哥留在地球，弟弟乘坐接近于光速的宇宙飞船从地球出发前往外星球旅行后再返回来。

当弟弟回到地球的时候，是哥哥更年轻呢，还是弟弟更年轻？

这也就是今天我们要讨论的问题，双生子佯谬。

双生子佯谬的关键问题在于，哥哥认为是弟弟在高速运动，而弟弟认为是哥哥在高速运动，这不就互相矛盾了吗？

从哥哥的角度来看，自己在地球上处于静止不动的状态，弟弟乘坐飞船离开地球，那么弟弟就处于高速运动的状态，所以是弟弟更年轻。

从弟弟的角度来看，是哥哥跟随地球在飞速的向后运动，所以是哥哥的时间流逝速度变慢，应该是哥哥更年轻。

显然，兄弟俩的说法看似都没有错，那么，到底是谁更年轻呢？

我们首先从哥哥的角度出发来分析。

假设在地球，外星球和飞船上各有一个时钟，在飞船出发前，三个时钟是对齐的。

地球到外星球之间的距离是9光年，飞船以0.9倍光速前往外星球。

经过计算，飞船需要10年时间到达，往返就是10年乘以2。

也就是说，在哥哥看来，弟弟乘坐的飞船往返回到地球，地球上的时间已经过了20年。

但是，因为弟弟乘坐的飞船处于高速运动中，那么飞船上的时间应该比地球上的时间流逝更慢。

大家注意一下，这里的慢，到底是慢多久呢？

因为运用公式计算非常烧脑，容易把大家绕晕，为了让更多朋友能够方便理解，我们就不代入公式来计算了，我们只假设，单程时钟慢2年，往返就是4年。

也就是说，哥哥认为，弟弟在到达外星球后，飞船上的时间过了8年，往返就应该是16年。

而地球上的时间已经过去20年，所以应该是弟弟更年轻。

我们先分析了哥哥的角度，现在我们再从弟弟的角度来看一下。

弟弟认为，自己和飞船是静止不动的，是哥哥跟随着地球，还有外星球一起在向后运动，

在弟弟的眼里，地球离自己越来越远，外星球却和自己越来越近。

地球和外星球就像一列火车，地球是车头，外星球是车尾，它们在飞速向后运动，车头的时钟给出的时间会更小，车尾的时钟给出的时间会更大。

这就是上一期我们探讨的尺缩效应、钟慢效应和同时的相对性，感兴趣的小伙伴回头可以去主页看看。

弟弟用了10年的时间飞到外星球，往返就应该是20年。

而地球和外星球因为都处于高速运动中，它们的时间应该比飞船上的时间流逝更慢，所以当自己回来时，地球上的时间只过了16年，那么弟弟认为，应该是哥哥更年轻。

哥哥和弟弟所计算的结果都是对方只用了16年，而自己已经过了20年，时间上没有争议，那么问题出在哪呢？

这里我们不能忽略了一个问题，大家也需要仔细思考一下，重点来了。

在飞船掉头返回地球的时候，你有没有发现，此时的外星球却突然变成了车头，地球变成的车尾。

同样的道理，车头的时钟给出的时间会更小，车尾的时钟给出的时间会更大，一来一回彼此抵消。

因此，弟弟往返应该只用了16年，而地球上的哥哥，时间流逝却是足足的20年。

实际上，讨论这个问题还需要代入引力以及广义相对论中的时空弯曲。

在双生子佯谬中，地球的那点引力几乎可以忽略不计，但以0.9倍光速运动的飞船周围的引力场，估计也跟光在黑洞周围环绕没多大区别，再快点，时间可能都要停滞了。

现在的实验已经证明，离引力源越近，时间就会流逝得越慢。

这个船长在之前的住的越高，时间流逝就会越快的视频里已经跟大家探讨过，感兴趣的小伙伴们回头可以去主页翻出来看看。

还有，在飞船掉头返回地球的那一刹那，飞船会有一个加速度，周围的时空会发生改变（时空弯曲），结果也会直接导致地球上的时间相对于飞船上的时间会流逝得更快。

简单点说，如果弟弟要去的星球再远一些，或者说飞船的速度更加的接近光速，那他回来以后地球上已经过了几千年也不是不可能！

为了证明双生子佯谬到底能不能质疑相对论，1971年，美国物理学家约瑟夫.哈菲尔和理查德.基廷做了一个实验。

他们将几台原子钟分别放在地面实验室和绕地球飞行的飞机上，实验结果证明相对论是正确的，因为飞机上的原子钟比地面上的原子钟时间走得更慢，这就是大名鼎鼎的原子钟飞行实验。

所以根据船长对相对论的理解，在飞船上的弟弟会更年轻，如果您有不同的见解，欢迎大家在留言区提出您的观点。

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