孪生子佯谬能驳倒相对论吗？| 科技袁人

相对论有一个著名的后果，叫做“钟慢效应”，说的是从一个匀速直线运动的参照系看来，时间会变慢。例如一艘飞船相对于地球以速度u运动，那么在地球上的人看来，飞船中的一切都变慢了。变慢的系数是1/sqrt(1 - u^2/c^2)，其中c是光速。从外面看来，飞船驾驶员的动作变慢了，心跳变慢了，思维变慢了，新陈代谢也变慢了，飞船中的所有物理过程也都变慢了。例如两个小球相撞然后弹开，在飞船外面看来就是慢动作。但在飞船内部，一切都很正常，飞船驾驶员不会感受到任何异样。在他看来，自己的一切都是同样的速度，自己周围的一切也都是同样的速度。也就是说，他不可能通过观察周围的情况发现自己是在高速运动，而不是静止。

钟慢效应是个真实的效应，然而许多人始终不能理解这一点。有一个著名的问题叫做“孪生子佯谬”，就经常被他们拿来反对相对论。假定有孪生兄弟两人，甲坐飞船飞出去，乙留在地球上，那么根据刚才说的，在乙看来甲变慢了。假如过了一段时间以后甲回到地球上，乙就会发现他这位兄弟比他年轻。然而许多人会说，根据同样的理由，在甲看来乙也变慢了，所以甲也会发现乙比自己年轻。请问，究竟是谁比谁年轻？

他们认为这是一个逻辑矛盾，是对相对论的绝杀。在所谓推翻相对论的理由中，这是相当常见的一个。但大家可以想想，相对论如果这么容易就会被这种脑筋急转弯式的逻辑推翻，怎么会成为科学界的标准理论？这种问题不应该是早就有解答的吗？

实际上，对这个问题早已有明确而简单的回答，见《费曼物理学讲义》第16章第2节，这一节的标题就是“孪生子佯谬”。

费曼指出，甲乙要重新相遇并进行比较，甲就必须返回到地球上。请注意，一直保持匀速直线运动是不可能返回的。要返回，甲的飞船就必须在某个时间点掉头，而掉头会产生加速度。

相对论中有个要点，速度是相对的，加速度是绝对的。也就是说，你不向外看不可能知道自己有没有速度，但你完全可以不向外看就知道自己有加速度。为什么？因为加速度会产生一些可观测的效果，例如东西会撞到墙上，好像它们受到一个力的猛推似的。坐过汽车的人，肯定都知道“推背感”，这就是加速度的明确效应。还有一个常见的例子，旋转的水杯或水桶中水会往上爬，任何人看到这个景象都会明白这里有旋转的加速度。

因此，费曼给出明确的答案：感觉到加速度的那个人，将是两兄弟中年轻的那一个。如果反相对论的民科们愿意多看看这些经典教材，他们的问题自然就消失了。用现在的流行语说，这些人就是读书太少，而瞎想太多。

实际上，钟慢效应有一个明确的实验证据：缪子的寿命。这个例子可以在《费曼物理学讲义》第15章第4节看到。缪子是一种基本粒子，它的平均寿命只有2.2微秒。这么短的寿命，即使以光速运动，也只能跑区区660米。然而，我们在地面上的实验室却可以接收到宇宙线中的缪子。也就是说，它们穿越了10公里厚的大气层，创造了生命的奇迹。

这是怎么做到的？答案是：在缪子自己看来，它只生存了2.2微秒，但在我们看来，它的寿命却比这个长。回忆一下，时间延长的因子是1/sqrt(1 - u^2/c^2)。假如有些缪子的速度十分接近光速，即u接近c，那么它的生存时间会比2.2微秒长得多，足够它穿越10公里的大气层。所以开玩笑地说，只要你跑得足够快，你就可以在寿命内跑出任意远。

这个解释能不能进一步验证呢？可以。对于各种速度的缪子，人们非常精确地测量了它们的平均寿命，结果与上述公式十分吻合。

所以大家可以明白，相对论是一个严密的理论。它完全不是常识，但在跟常识矛盾的地方它是正确的，常识才是错误的。学过相对论的人都相信它，是因为它逻辑严整，而且得到了实验的验证，完全不是用脑筋急转弯就能推翻的。

现在，大家是不是不仅明白了钟慢效应，明白了如何解决孪生子佯谬，而且明白了民科错在哪里，明白了科学是如何运行的呢？