双生子佯谬 双生子佯谬是一个有关狭义相对论的思想实验有一对双胞胎兄弟一个登上超高速飞船作长时间的太空旅行而另一个留在地球结果当旅行者回到地球后他发现自己比留在地球的兄弟更年輕 这个结果似乎与狭义相对论矛盾狹義相對論所探討的是物體慣性參考系的相對運動比方说物體A為觀察者觀察到物體B等速率遠離自身反之物體B也會認為物體A等速率離開自身根據狹義相對論物體A會認為物體B的時鐘走慢了物體B也會認為物體A的時鐘走慢了狭义相对论指出所有观测者都有同等意义没有任何一个参考系frame of reference是会获得优待的因此旅行者觉得回到地球后会看见比他本人更年轻的双胞胎兄弟但他兄弟的想法却恰好相反 不过实际上旅行者的期望是错误的狭义相对论并没有说所有观测者都有同等意义而是只有在惯性系中的观测者即没有进行加速运动的观测者才有同等的意义但宇宙飞船在旅途中毫无疑问是至少加速过一次的所以旅行者并不是惯性系然而留在地球上的兄弟在整个航程中都是在惯性系之中如果忽略源自地球质量及移动所带来的相对较小的加速度所以他能够把他跟他兄弟分辨开来 有些人在解决这个吊诡时会认为狭义相对论并不能够用于加速中的物体而只可使用广义相对论这是不正确的举个例说该对双生兄弟的年龄是可以借着求时空间隔spacetime interval在他们任何一个惯性系中所行走的时空路径这些路径被称为世界线上的积分来准确地计算出来的近似的方法可以用来计算一艘加速中的宇宙飞船的相对性行为参看相对论火箭当重力的影响是不能被忽略的时候狭义相对论就变得不适用这时就真的需要用到广义相对论 这个结果是由狭义相对论所推测出的移动时钟的时间膨胀现象而且能够透过实验来验证 日常生活中其實也有這種怪異的情況如果兩人相距一段距離則A會看到B縮小了但是B也覺得A縮小了這種透視現象已經被人們適應接受了因爲它存在於平日的生活裏但是人們對相對論就毫無準備 我們已經對有關距離的相對論見解習以爲常了從甲地到乙地的距離當然等於乙地到甲地的距離另一方面當我們考慮到速度方面會認爲如果一個物體在運動運動一定會是相對於某物星體地面或另一人A物相對B物的速度是相等於B物相對A物的速度兩者完全相等 注意要在參考系統中建立同時的概念到底一件事是否和另一處的另一件事同時發生這個問題有著關鍵的重要性所有計算都最終要涉及到哪些事件是同時發生的也要留意要建立兩個空間中相隔的事件的同時性這兩個地方一定要有訊息相互傳遞這也代表了光速是決定同時性的一個重要因素 大家當然會問到狹義相對論怎麽能在A相對B有時間膨脹而B相對A也有時間膨脹的情況下不前後矛盾要消除矛盾我們必須丟棄人們日常對同時性的直覺概念同時性是位於一個參考系中的一位觀測者和一系列事件之間的關係 理論的架構裏有一個同時性的相對論它影響著特定事件如何根據有相對運動的觀測者被調准由於每個觀測者對兩個事件是否同時發生都有不同的見解