作者condensed (没有自己的时间)
看板TransPhys
标题[近物] 观念探讨:狭义相对论中的双生子问题 一
时间Mon Dec 29 11:15:54 2008
以下内容,应该不会在转学考试中出现。
确定你准备好要当作休闲,再继续阅读下去。
如果你还有疑虑的话。
< 就跟你说不会考了,你还看!? =.= >
大家对这个主题应该不陌生。
既然如此,为什麽我还要写一篇文章,去探讨这个老掉牙的问题?
难道说,我白目忘了爬文=.=?
或者,我太懒惰,就连wiki百科或奇摩知识+都不知道用?
过去,我曾深受吸引,不断思考、讨论、寻求答案。
但是始终没有在网路讨论区、杂志月刊、畅销教科书、教授、同学等,
得到满意的答案。
直到最近,我才有机会弄清楚这是怎麽一回事。
所以希望对此课题仍存疑惑的人,这篇文章可以回答到你。
那我们就开始了!
(一)出现谬论
双生子问题的大意就是,一对双胞胎,弟弟留在地球上,
哥哥却搭太空船离开地球,之後再折返回地球,下了太空船与弟弟相认。
(当然过程中,太空船速率必须接近光速,使相对论效应不可忽略。)
由於时间膨胀效应,弟弟觉得哥哥有速度,所以时间较缓慢,因此哥哥年轻。
而哥哥,也觉得弟弟有速度,因而是弟弟年轻。
这怎麽可能?当他们彼此面对面时,”真相”只有一个!
那,那”图”勒?
(二)常见解释
狭义相对论是建立在两个基本假设下的:
任何惯性系中:物理定律形式相同
任何惯性系中:真空中的光速一致。
所以我们只有在惯性系中,所得的推论才正确。
既然弟弟在惯性系,而哥哥有历经加速,那麽当然只有弟弟的看法才正确。
所以不矛盾,因为我们只承认弟弟使用时间膨胀的结果,
至於哥哥的,由於是加速系,必须考虑广义相对论,超出狭义相对论的范围。
(三)仍有疑问
回想一下,我们在大一普物中学到的狭义相对论,
是如何导出时间膨胀的?
对了,是利用两惯性系之间的Lorentz变换。
两惯性系之间的关系,可以藉由光速一致这个假设联系起来,
我们也是据此得到狭义相对论的一切,包括时间膨胀。
既然如此,当弟弟使用时间膨胀的公式在哥哥身上时,能用吗?
狭义相对论应该是适用於两惯性系间的吧?
现在一个是加速系,一个却是惯性系,二者要怎麽联系?
加速系中,光速还会是恒定或一致吗?
至此,两大基本假设,似乎无能为力。
在(二)中的解释,并没有回答这个疑问。
(待续)
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