相对论的改版的孪生子谬论 大学教授无言以对

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  • 一个关键点是:在广义相对论中是引力势的差异导致时钟快慢的不同,一定要注意不是引力场强的差异引起的.

    为说明问题,我将先提一下原版的双生子佯谬,还将具体举例作一估算;为计算简便,假设火箭出发、掉头、降落时的加速度都极大,以至于绝大部分时间里都是在做匀速运动.

    取光速c=1,设火箭匀速时相对地球的速度v=0.6,从地球的观点看火箭掉头处距地球l=3光年.

    原版中的相对论因子a=(1-vv)^0.5=0.8.改版中兄弟俩的相对速度V=(v+v)/(1+vv)≈0.88,到对应的相对论因子A=(1-VV)^0.5=0.47.

    原版中,乘火箭的哥哥是这样解释自己年轻的:他做匀速运动时,是看到弟弟在变年轻;他在出发、降落时,尽管处于极强的等效引力场中,但由于他那时与弟弟相距很近,故他俩所处的引力势相差不大,估算时将忽略这两个阶段他俩时钟的差异;他在掉头时,也处于极强的等效引力场中,他此时与弟弟相距很远,他所处的引力势远远低于弟弟所处的引力势,这时他将看到弟弟迅速变老.综合各阶段,弟弟更老,相关估算如下:

    从留在地球的弟弟的观点看:哥哥返回时经历的时间T≈2l/v=2*3/0.6=10年(忽略火箭变速阶段的耗时),相应于此,哥哥的T'=a*T=0.8*10=8年.

    从哥哥的观点看:火箭掉头处距地球l'≈a*l=0.8*3=2.4光年(未考虑变速阶段),走过这一距离需时t'≈l'/v=2.4/0.6=4年,所以哥哥返回地球时经历的时间T'≈2t'=8年(忽略变速阶段的耗时).对应于t'=4年,弟弟的t=a*t'=0.8*4=3.2年.掉头变速时,哥哥尽管历时很短,但此时弟弟却快速衰老,弟弟此时的历时τ不易直接算,但不难间接得出τ=T-2t=10-2*3.2=3.6年.

    改版中,做匀速运动时,双方都看到对方在变得更年轻(注意V>v,a>A);在出发、降落时,兄弟俩所处的引力势相差也不大;在掉头时,兄弟相距更远,都认为自己所处的引力势远远低于对方所处的引力势,都将看到对方迅速变老.综合各阶段,变少与变老能相互抵消——仍是一样岁数,相关估算如下:

    从哥哥的观点看:同上仍有他自己的历时T'≈2t'=8年.对应于t'=4年,弟弟的t"=A*t'=0.47*4=1.88年.掉头变速时,哥哥历时很短,但弟弟的历时τ"却相当长,它可以这样估算——掉头时兄弟间距l"≈V*t'=0.88*4=3.5光年(注意不是2l'=4.8光年!尽管兄弟俩都认为他们此时距地球2.4光年),与原版时相比,兄弟俩的间距变大,引力势之差也变大,两版中引力势之差的比值正比于l"/l'=3.5/2.4≈1.46,引力势之差的比值的平方根又大约正比于对方衰老时间的比值,即τ"/τ≈(l"/l')^0.5≈1.2,所以,τ"≈1.2τ=4.3年.因此,弟弟的历时T"≈2t"+τ"≈8.1年.可见,T'≈T".

    弟弟的观点与哥哥完全类似……