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九、对双生子问题的澄清

在爱因斯坦建立狭义相对论之后不久,爱因斯坦自己便发现了这样
个问题:一对孪生兄弟,一个以速度v离开另一个,当他再返回来,两兄
弟重新见面时,谁的年纪要小一些?
按照相对论的推导结果,处于运动中的物体会发生呈现时间变长的
间膨胀效应,他们相互会发现对方比自己老得慢,于是认为在两兄弟重
见面时,它们都会发现对方的年纪比自己小。这显然是不可能发生在现
之中的矛盾现象。
"双生子问题"曾经被认为是超出了狭义相对论的应用范围,要放到
广义相对论中去研究。其实这不是可以说得过去的理由。要知道:在同
地点同时制造出来的两只在任何方面都完全相同的实物钟,先让其中一
保持在原来的A位置,让另一只钟先以加速度a做匀加速运动,待其达到
度V时改为恒定的匀速运动,在它运动到达足够足够远的距离后,改作
a 的匀减速运动,待其速度等于零时让它停止在空间的另一处B位置。然
后,让保持在先前A位置的那只钟以同样的运动过程从A位置运动到空间
处并停止在该位置。此时重新处于同一位置处的两只实物钟上所显示走
的时间是否相等?它们显然应该是相等的时间。
从道理上来讲,一旦以速度V作匀速运动的时间足够足够长,因加速
过程和减速过程抵消剩下的时间增减量将不足以与以速度V作匀速运动的
过程中产生的时间增加量相抵消,除非空间不是各处均匀的物理性质。
义相对论之所以能够计算出两只实物钟重新汇合在一起后的显示时间相
等,以速度V作匀速运动的时间足够足够长后,因加速过程和减速过程抵
消剩下的时间增减量仍然能够与以速度V作匀速运动的过程中产生的时间
增加量相抵消,原因就是它所依赖的空间并不是各处均匀的物理性质。
实上,广义相对论方程的求解需要包括绝对零时刻在内的边界条件,已
破坏了原先认识的相对性原理,"相对性原理"和"等效原理"在广义相对
中都只是局域成立,在大尺度框架里不成立。如果让实物钟以速度V作匀
ebook: 2009-4-4
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速运动的时间足够足够长,运动到达的距离足够足够远,从而使它超出
义相对论的成立范围,人们又怎能在原先认识的"相对性原理"和"等效原
理"中作出计算呢?
我们研究一下狭义相对论使用的时空变换公式将发现,在零时刻对
的空间平面上,质点不需要经过时间积累过程和空间积累过程,就可以
接跃变达到小于光速的任意速度,或是直接从小于光速的任意速度跃变
0 ,在任意两个参照系中的呈现时刻都为0 。如果实物钟的运动过程经
零时刻对应的空间平面,它可以在此空间平面位置任意地跃变运动速度
呈现时刻的计算都保持连续。当实物钟从零时刻对应的空间平面开始运
动,它可以在此空间平面位置以小于光速的任意速度v开始运动,呈现时
刻都保持起始值为0 。此后,无论实物钟以速度v运动多么长的时间,呈
现时刻发生了多么大的滞后,只要让它减速或加速到与另一个实物钟相
处于静止状态,它们的呈现时刻就立即完全相同。如果规定减速过程和
速过程分别在相同的时间内完成,它将滞后的时刻追赶回来的时间量不
与运动速度v有关,还与实物钟离开