双生子佯缪

双生子佯缪爱因斯坦有一个著名的双生子徉谬。假设哥哥在飞船中相对于在地球上的弟弟做近光速运动，于是地球上的弟弟看哥哥所经历的时间变慢。这样过一段时间后，哥哥的飞船回来时，他们会惊讶的发现，哥哥竟然比弟弟年轻。我之前曾有一个疑问：因为运动是相对的，弟弟相对于哥哥也是在做近光速运动，那么哥哥看弟弟的时间也应该时减慢的。当哥哥遨游一段时间后回到地球后，弟弟也应该是年轻着。有一个对此的解释是：哥哥经历了加速度，所以哥哥会保持年轻，而弟弟不会。这么说，是加速度使时间变慢了。但是问题又来了，推导加速度变慢时，我读过的书中多数是用一个高速转盘做理想实验的。大意是说，因为转盘越向边缘速度越大，所以时间会变慢得越明显，而边缘对应的加速度也大，由此看来是加速度使时间变慢。但是，在这个推导里，第一，加速度与时间收缩仅仅是一个对应关系而不是因果关系。由此看所谓因果关系是强加的。或许真的有因果关系，但是我们不能因为是对应就强说因果，应当有根据。第二，他是先假设速度使时间变慢，然后在此前提下推到加速度是时间变慢。速度使时间变慢上面在质疑，既然质疑就能以之为前提，双生子徜佯缪陷入逻辑上的自洽。既然加速度能使时间收缩没有可以说服人的推理过程，那么对哥哥保持年轻是因为他经历了加速度也就说不过去了。既然这样，相对论关于时间的收缩为什么能经得住实验检验？对于这个问题，我曾经问过很多人，包括老师和同学。渐渐的对这个问题明朗起来。上面的逻辑推理过程并没有问题，但是对转盘理想实验的理解有点偏差。理想实验只是人们辅助逻辑推理的工具，通过它推导出的物理规律是没有任何意义的。高速转盘就是一个理想实验，它的目的不是论证加速度造成时钟变慢，而是为了帮助人们理解弯曲空间中的几何效应。换句话说，不是由存在加速度得出加速度导致时钟变慢的结论，而是由于观察到时钟变慢，从而得出自己在弯曲空间中的结论。因为时间进程和几何性质都是物理环境的函数。至于时钟变慢是否由于加速度导致，这个只能先假设，再由真正的实验来证明。事实上欧洲核子研究组织的粒子实验也确实证明了这一点。归根结底，加速度是引力场的现象，而引力的本质是物质造成的时空弯曲。这样一来，广义相对论便将狭义相对论的内容完全囊括进去了。如果要继续追问物质为什么造成时空弯曲，我想现在的物理学还不能回答。在广义相对论体系中，双生子佯谬就变得非常自然了。既然是双生子，那么一定是在同一个惯性系中比较的结果。哥哥离开原来的惯性系旅行，必然要经过加速度，从而进入等效于引力场的非惯性系，即弯曲时空。因此进入弯曲时空的是哥哥，老得慢的自然也是他。