著名的「雙生子伴繆」,它是在狹義相對論發表論文6年後,由法國物理學家朗之萬,在一次世界哲學大會上提出的,你看這搞到一定層次以後的物理學家,都開始玩兒哲學了,「雙生子伴繆」講的是,「雙生子伴譚」井的是,有一天姐姐乘坐高速飛船去太空旅行,妹妹則留在地,妹妹則留在地球上,若干年以後飛船回來了,地球上的妹妹認為姐姐肯定比她年輕,因為上回我們說了是狹義相對論原因,姐姐的時間比她慢。
而從飛船上的姐姐來看,而從飛船上的,她坐飛船高速飛行的時候,地球上的妹妹相對於飛船也在做高速飛行,那豈不應該是地球上的妹妹更年輕嗎,那究竟是誰更年輕呢,簡單來說其實兩個說法都正確,因為不存在「以太」這種絕對的東西,所以在高速情況下,不存在絕對的時空觀,只有相對的時空觀,兩個正在相對運動的物體,兩個正在,處於不同參,沒有統一的時間,所以沒法直接比較,如果真要比較必須選定一個參考系,所以說如果以地球上的妹妹作參考系,那麼飛般上的姐姐在高速運動中,那麼飛船上的姐姐在高速運動中。
時間會變慢姐姐是更年輕的,時間會變接加是更年輕的,反之如果以飛船作為參考系,那麼地球上的妹妹處於高速運動中,她的時間會變慢,也就是妹妹更年輕,這個有點量子力學裡「疊加態」的感覺,同一事物同時存在於兩種狀態,當你要具體測量時,選中了一個參考系,這才變為最終的確定狀態,好了回到剛才的「雙生子伴繆」,如果這就是,要比較就讓她們倆見個面,真正面對面比較,參考系也一樣了,這才有說服力嘛,好那下面我們就來看一下,假如她倆碰面的話。
到底誰更年,有人可能會說不用碰面啊打個電話不行麼,別忘了她倆是在亞光速的高速運動中,信息就算以光速傳遞來回也要時間呀,這會牽扯到更複雜的信息的「同時性」問題,所以就先不說這個了,我先說一下,關於「雙生子伴繆」其實有兩種解決方式,大部分科普類都會用「廣義相對論」的方式來解決,因為可以不用涉及數學公式更好理解,但是更標準的答案,是只在「狹義相對論」框架下也可以解決的,「廣義相對論」發表於1916年,「雙生子伴繆」則是在1911年就提出了,在「廣義相對論」出來之前,其實單用「狹義相對論」就已經解決了這個問題,其實單用,只是這中間會涉及到。
「閔可夫斯基空間」,也就是「閔氏時空」,它是一個虛構的「四維時空」,它是一個「四維時空」,是從偽歐幾何的「世界線」角度來解釋的,要鋪墊很多東西才能說清楚,或者只能用「洛倫茲變換」時間公式來計算,或者,所以作為啟蒙科普,我這裡還是用「廣義相對論」來解釋,我這裡還是用「廣義相對論」來解釋,好那我們想,假設說這個姐姐要回到地球見妹妹,想想看這都需要做那些事兒,首先這個飛船上的姐姐得先讓飛船調個頭對吧,所以飛船要先經過減速調頭,再加速飛回地球,再減速降落到地球對不對,注意,那就說明有「加速度」的存在。
使度,不管你是加速還是減速,這都有「加速度的存在,然後根據廣義相對論的「等效原理」,加速度是會產生類似引力的效果的,還記得我們之前關於萬有引力的那期聊到的嗎,過記得我們之前關於方有引力的那期聊到的嗎,引力是會導致時空彎曲的,也就是說會讓飛船上的時間變慢,當飛船經過了一系列加減速過程後,其自身的引力效應會山顯出來,其自身的引力效應會凸顯出來,所以當飛船到達地球後,姐姐會比妹妹更年輕,這個「雙生子效應」已經在1971年,由科學家通過飛機攜帶的原子鐘繞地球飛行,已經證實了確實是飛機上的時間更慢,已經證實了確實是飛機上的時間更慢、廣義相對論和狹義相對論,確實是同時生效的。
比如我們每天都在用的GPS,根據狹義相對論,衛星運動速度很快,它的時間比地面慢了7微秒,而根據廣義相對論,衛星距離地心更遠,受到的重力小,所以時間又比地面快了45微秒,兩者一加,最終衛星比我們快了38微秒,這個時差如果不考慮進去的話,我們平時用的手機定位,至少會有幾公裡的誤差,所以說「相對論」是個已經經過各種檢驗的成熟理論,它已經從純理論物理慢慢走向了實用物理,「量子力學」其實也在慢慢的實用化,比如掃碼隧道顯微鏡,還有這兩年大熱的量子計算機,量子通訊什麼的等等,至於「弦論」什麼時候能實用化。
這就不好說了,畢竟目前這方面完全沒法做實驗,只能停留在理論推導和數學計算上。