双生子佯谬，一个至今仍有人误解的相对论问题（一）

　　双生子佯谬：双胞胎兄弟，哥哥坐火箭以亚光速在太空遨游，弟弟在地球等哥哥回来，试问当哥哥回来时，兄弟两个谁更年轻？
　　弟弟认为哥哥在运动，所以哥哥时间过的慢，因此哥哥年轻；而哥哥却认为弟弟在运动，因此弟弟年轻。
　　本篇文章承接上文都21世纪了，还想用＂双生子佯谬＂去推翻相对论？别想了，本文将对上文留下的问题作更加详细的解释。
　　上文讲到，之所以哥哥回来后会发现自己比弟弟年轻，原因就在于哥哥和弟弟所处的参考系并不平等，哥哥是非惯性系，弟弟是惯性系，而狭义相对论的基础是自然规律在惯性系之间相同，因此这个问题的答案就不可能是：＂双方都觉着对方年轻＂这样一个建立在双方都是惯性系才有的无解结局。
　　所以说这个问题的根源就在于双方参考系不平权，那么涉及到非惯性系，是否就意味着要动用广义相对论呢？答案并不是。接下来，就让我们给出上篇文章遗留的关于＂哥哥是否处于引力场＂详细解答。
　　一个等效原理的通俗解释：加速度和引力场等效。但这样的一句话很容易让人误解，认为哥哥因为处于加速火箭中，所以就能看做哥哥是身处在一个引力场当中，而涉及引力场的话，那就能利用引力场对时间会产生影响这一点，从而解释为什么哥哥比弟弟年轻。
　　但我们不要忘了，广义相对论对引力的解释是：引力是时空弯曲的外在表现。如果认为哥哥所在的加速火箭是一个引力场的话，那也就是认为哥哥所处的时空发生了变化，不再是之前的平直时空，而变成了弯曲时空，而这样的矛盾就凸显出来了，因为弟弟一直处于平直时空（不要纠结于弟弟在地球，而地球附近的时空是弯曲的这一无关紧要的条件下，因为地球只是为了让题目显的自然一些，如果不是这样，你可以直接假设弟弟是处于空无一物的太空当中），而哥哥原先也是平直时空，然后就因为坐上了火箭，结果就变成了弯曲时空。
　　一个平一个弯，这已经违背了问题的先提条件，如果这样解释还不足以认识到此种解释的错误性，那么就得涉及到用潮汐效应去解释了，因为这是判断时空是否弯曲的标准之一。
　　要理解这个效应实际上很简单，就以弱引力场为例，因为牛顿的万有引力定律是广义相对的弱场近似，因此用牛顿的万有引力定律去讲解弱引力场中的潮汐效应，并不妨碍我们得到正确的定性结论。
　　所谓潮汐效应，直观来说就是物体各点所受引力大小不一致，从而产生了一种潮汐力去拉扯物体，如果一个人身处黑洞附近，那么就能亲身体会到身体被拉扯断的那个不可抗拒的力量了。因此定性来说，只要时空弯曲，那么物体内部就一定有潮汐力的存在（只有明不明显之分）；反之如果不存在潮汐力，那么时空一定不弯曲。
　　有了这样的标准，让我们再来看看哥哥所处的加速火箭，如果认为哥哥处的就是一个引力场，那么意味着时空必须弯曲，因此必定存在潮汐效应，也就是说哥哥在火箭内势必受到潮汐力（假设哥哥身体非常敏感），换句话说哥哥头部受到的引力大小不等于脚部受到的引力大小（两部位引力场强不等）。但事实呢？对于一个做加速的系统，其内部等效出来的引力场强各点均匀，这一点只要稍微在脑子里想一下就能得出。
　　因此火箭内部所等效出来的引力场不存在潮汐效应，所以严格来讲，这个根本不是引力场（真正的引力，就必须认为是时空弯曲）。
　　既然哥哥所处的加速系都不涉及引力场了，那么怎么还能把广义相对论套到这个问题上去呢？（借由上述分析，我们也能看出，广义相对论与狭义相对论的分界并非是惯性系与非惯性系之分，而是时空是否平直或弯曲之分）
　　洛伦兹变换
　　这样一通讲述下来，我们发现双生子佯谬根本不涉及广义相对论，那么唯一的解释就是用狭义相对论去解决。但有人说了，火箭在太空旅行，一去一返，绝对是要涉及变速过程的（也就是存在加速、减速），而狭义相对论不是处理惯性系的吗？怎么能用来处理变速运动呢？
　　这恰恰说明了很多人对狭义相对论的一个误解，虽然狭义相对论的成立基础是惯性系（其实这个观点已经过时了），但并没有禁止它不能处理非惯性运动啊。如果一个物体在一个惯性坐标系内做变速运动（或者说是任意运动），那都是符合狭义相对论的要求的（因为我们可以就此建立多个瞬时惯性系）。
　　如果还搞不明白这一点的朋友，你可以回忆一下中学的牛顿力学定律，首先大家都知道牛顿力学定律成立的前提就是惯性系，但这妨碍它去处理加速物体的运动了吗？
　　为此，我们将在下一篇文章中介绍有关双生子佯谬中兄弟各自的时间该如何计算，以及现实世界中科学家们亲自做的双生子佯谬实验（当然了，并不是用的真人去模拟）。
　　本篇文章的内容到此结束。
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