狹義相對論是否無法很好地解釋孿生子佯謬?

時間 2021-05-07 01:30:33

1樓:美麗的蘋果樹

可以檢視以前的回答。狹義相對論可以很好的解釋。不需要廣義相對論。

2樓:神魔協奏

怎麼不能?

雖然他們看對方,時間都在變慢,但要比較「年齡」,最終必須讓二者停在同一參考係,這勢必有一方會加速,而加速會導致同時面的旋轉。

有些偽科普經常拿「加速」過程來說,甚至還用到了廣義相對論,更有甚者,直接說雙生子佯謬就是廣義相對論的起源。雙生子佯謬是可以用狹義相對論完全解決的!關鍵在於二者會合時是「停」在哪個慣性系。

狹義相對論的背景時空是閔氏時空,在閔氏時空中,長度被定義為l=√|ds|=|dx-dt|(二維),顯然,直觀上線段等長時,與t軸(或x軸,但這不符合狹義相對論的假設)平行的時候閔氏長度最長。而閔氏線長就是物體的「固有時」。

如圖,a是地球上的,b出乘飛船的,a的長度是大於b的,所以a經過的時間(固有時)更長。

這段話我還要重申一遍,雙生子佯謬不必用到廣義相對論,加速度也不會引起時空彎曲。

將引力場和慣性力場完全等同,是對等效原理的常規誤解

3樓:風清揚

不能,自然雜誌把孿生子徉論列為97問之一,可見國際上對這個問題還是有爭議的。

現在中國物理學界公認的解釋是這樣的:飛船上的人進行了折返,他不是處在乙個慣性系裡,地面上的人沒有進行折返,他在乙個慣性系裡,狹義相對論只適用於慣性系,他們不對稱。

事實上這是乙個強盜邏輯,按照廣義相對論世界上根本不存在嚴格意義上的慣性系,只存在近似的慣性系,僅僅因為飛船上的人進行了折返他們就不對稱了?

設想如果讓地面上的人以1公尺每秒向右勻速運動,然後也向左1公尺每秒折返。你說誰年輕?還是飛船上的人年輕。

本身乙個物體要嚴格處於乙個慣性系裡就是極其苛刻的條件,地面上的人就非得穩定在乙個慣性系裡?就不能出去溜達會?就不能進行乙個低速的折返?

這會改變飛船上的人更年輕的事實嗎?不會。所以這種解釋是錯誤的。

愛因斯坦也承認狹義相對論不能解釋孿生子問題。但是中國學術界那幫人乙個個自以為是,人云亦云。

4樓:

因為飛船的方向改變了,如果你一直以飛船上的人的視野考慮這個問題,飛船飛行的那個人其實是改變了參考係。飛船上的人不是處於慣性參考係中,而狹義相對論中只有在慣性參考係下,物理定律不變(狹義相對性原理,沒有推廣到廣義)。如果你要得到正確的結論,必須處於相同的慣性系下,也就是你如果要以飛船為參照系,必須是一直以同一速度向著乙個方向的參考係,當飛船返回時,根據相對論的速度疊加原理,是可以算出年齡跟以地球為參考係的年齡一樣的。

如果非要以折返的飛船作為參照系呢?這時候加速度是不能忽略的,正因為加速度導致他的年輕

5樓:黃亦斌

有網友說:

其實是可以找到其它質點與原飛船組成飛船系的,例如另外一些與原飛船保持相對靜止的想象中的飛船。

當然可以這樣,可以補充其他質點的運動以構成乙個完整的參考係。但這會涉及其他事情。

首先,乙個一般的參考係是無數根不相交的世界線(一根對應乙個質點或標準鐘)的集合,對任一事件,總有一根、且只有一根與其相交。是哪一根線與其相交,這代表著該事件的空間資訊;這根世界線在交點處的原時,顯示該事件的時間資訊。這裡特意使用模糊用語,因為尚有許多因素未考慮,只是原則上如此。

比如:能否建立等時面以對好各個時鐘?並非一定可以的。

若可以,才能談論「在非慣性係中的某時刻在某地方發生了某事件」。下面就來看看如何補充其他質點以構造出「飛船系」。假定飛船是速度突變。

方案之一如下:

即,從地面看,其他質點做著跟飛船同樣的運動(紅色的世界線),只是在空間上錯開而已。這應該是大多數人心中的方案。可惜的是,全域性的等時面(綠色線)不能定義,圖中兩個等時面居然有交點。

方案二:

其中,折線為飛船,其他質點的運動設計成為速度漸變,有點像是雙曲線與其漸近線的關係。這樣的一族世界線感覺上是可以定義等時面的(見綠色線,非直線,類似於積分出來的場力線)。(右邊的世界線未定義,要定義得性質比較好應該不困難。

)現在可以談論飛船掉頭的時刻(看到或觀測到)地面發生了什麼了。但顯然,t=0時刻地面沒有什麼突變。

這就是說,單有飛船,談論「飛船掉頭時地面人年齡突增」沒有意義。

而且,假如可以這樣談,那麼可以出現返老還童的現象。梁燦彬的書中舉了一例。

質點1始終靜止,質點2先靜止再運動。2的世界線經過a時,觀測到1發生事件a`,而經過b時,發現1處在事件b`,這可是之前看到過的事件。也就是說,2在突然加速的一瞬間,看到1返老還童了。

或者簡單一點:既然我遠離然後突然折返會看到地球人年齡突增,那麼我接近地球然後突然遠離,就會看到地球人年齡突然減少,即看到了他年少時的樣子,這是我曾經看到過的,現在又看到了。

這種境況可以接受嗎?

先說結論:狹義相對論範圍內,可以完全解決雙生子佯謬問題,完全無需訴諸廣義相對論。

而解決方式及其簡單:

1、狹義相對論範圍內,慣性系和非慣性係的區別是絕對的,所以飛船系的推理不對。

2,兩時空點(類時間隔)間的曲線,以直線(慣性運動,如靜止)的「長度」(原時,所攜帶的時鐘所記錄的時間)最長,曲線(非慣性運動)的長度較短。這跟具體的加速情況無關(具體的長短數值當然有關)。

狹義相對論和廣義相對論的分界線,以前的認識比較模糊,現在已經很清晰了:就看是否存在真實引力導致背景時空的彎曲。那種在平直時空中使用曲線座標系的做法完全處在狹義相對論的範圍之內,而通常的雙生子佯謬顯然並未涉及地球的引力,故而是預設平直時空背景的。

狹義相對論的前提不是慣性系,而是平直時空。

有種觀點認為,如果假定飛船突然掉頭這種變速方式,那麼飛船系會看到地球人的年齡會突增。本人以前也認可這一說法,但仔細閱讀了梁燦彬的說法後,觀點發生了改變。時間座標是參考係才有的概念,而參考係是一大堆的觀測者(質點)的集合。

此處,飛船就是飛船(乙個質點),而不是什麼「飛船系」,因為完全沒有給出其他質點的運動情況,這個「系」尚無定義,從而也就無法談論「看到或測到地球人如何如何」。他能談論的,永遠只是其附近的事件,包括他自己的原時。

關於時鐘佯謬

2,梁燦彬的專著(其簡化版是《從零學相對論》)。

6樓:battes

雙生子謬誤是乙個不知道廣義相對論的人為了證明狹義相對論錯誤而提出的。

狹義相對論說的時間流速不同是指兩個慣性參考係的對比。其中兩個主體物的速度是恆定的。不存在加速減速,重力場的問題。即兩者只能相互觀察,測量,不能跑了一圈回來坐在一起比一比。

廣義相對論認為,加速,減速的物體,受到引力的物體(包括圍星體公轉的物體)其時間流速相對於不加速,減速,受到引力的物體慢。

7樓:馮秀群

說了那麼多,都沒說到關鍵。私以為,加速過程是絕對不可以忽略的。這個問題的關鍵就在加速過程。

運動是相對的,但是加速是絕對的。這是從牛頓第一定律來的。沒有受力它就是靜止的,或者勻速運動。

你也可以假定剛才勻速運動的物體是靜止的,剛才靜止的物體是勻速的。所以sr也認為慣性系具有相同的地位。但是加速就不一樣了,加速是絕對的。

因為現在已經有靜止的參考係了,你就不能再說,我假定加速的物體靜止,那麼靜止的物體有加速度,這不等於自己抽自己麼。而能不能年輕不在於誰接近光速飛行,在於誰做了加速運動。所以很清楚,一定是做飛船轉一圈的人年輕。

8樓:王康康

這個問題我在和 @riverzhou 的交流中已經逐漸明白了。

雙生子佯謬中為什麼是在地球上的人老得快,飛船和地球不是相對運動的嗎? - riverzhou的回答 - 知乎 https://www.

zhihu.com/question/23612271/answer/559030607破壞對稱的地方在於太空中的人不能假設他自己是靜止的。因為加速度(或叫引力)這個量是可以衡量的,兩個人各自衡量下自己的加速度就會發現不同。

9樓:riverzhou

狹義相對論的前提是慣性系

所以,如果是用狹義相對論計算,那麼只能以地球為參考係計算,不可以用飛船做參考係計算,因為飛船在加速減速掉頭的過程中不是慣性系。

如果要以飛船作為參考係,那就要用廣義相對論,基於等效原理,在加減速的時候參考係要保持靜止,等效於靜止的參考係邊上有乙個引力場,因為加速度很大這個引力場特別大。而引力場可以使時間大幅度變慢。所以,在飛船上看,加減速的時候(有引力場)飛船上速度比地球慢(廣相-狹相),勻速的時候,地球有速度所以地球時間慢(狹相),兩部分綜合起來,還是飛船速度慢。

所以即使是以飛船做參考係,和地球重逢後,還是飛船時間慢,和以地球做參考係的結果一致。

10樓:ABCDEFG

可以在忽略引力的慣性系,用狹義相對論。而只有不加速的沒有引力的地球是慣性系,也就不會出現矛盾。

佯謬的佯就出現在忽略加速的地方。

11樓:盧健龍

正如 @melonsyk 所說的,如果要把所有參照系都平等對待用來計算,就不可避免地會超出狹義相對論的範圍而進入廣義相對論。這裡我補充一下在飛船參照系中用Rindler metric的計算過程。

為了方便,我們可以通過選擇合適的座標軸方向使得問題只涉及到 和 兩個座標,於是Rindler metric就是 。另外,同樣為了方便,我們考慮乙個極限情況,用狄拉克delta函式來描述其中加速過程,即 。在這種情況下,對於飛船參照系,我們只需要在加速的那一瞬間應用Rindler metric。

我們假設飛船朝著離地球距離為 的乙個里程碑走,然後在里程碑處折返。

首先,對於前後兩段非加速階段,在飛船上的觀察者看來,地球上的靜止鐘錶比自己的鐘錶要走得慢,積累起來的落後的時間差是 。其中 是對於以速度 勻速飛行的飛船中的觀察者來說的路程長度(尺縮效應), 則是其記錄下的時間。

接著,我們考慮那一瞬間的加速過程,在這裡我們就要用到Rindler metric。此時地球上的時鐘在Rindler coordinates中的位置是 ,因為根據我們的設定 在那一瞬間是無窮大的。因此在那瞬間,飛船上的觀察者會發現地球上的時鐘瞬間跳過了一段時間,即 ,這對應的就是下面時空圖中經過飛船轉折點處的那條藍線變成與其交叉的那條紅線並在時間軸上掃過一段的過程。

將這兩個相反的時間差效應加起來,結果就得到了飛船中的觀察者最終發現的總時間差: 。

這跟地球上的觀察者基於鐘慢效應所得到的結論是一致的

狹義相對論的悖論解釋?

六芒星 尺縮鐘慢在慣性系裡適用。你想要回到地球比年齡,飛船就勢必經過了乙個非慣性的過程,就不能簡單的用狹義相對論來考量。結論應該是 飛船上的人年輕 洋洋 恭喜你在狹義相對論的道路上解鎖了雙生子佯謬,這裡涉及到加速度,即飛船出去再回來必定經歷加速過程。你依然可以在狹義相對論用瞬時靜止參考係建立乙個模型...

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