洛伦兹和庞卡莱都曾经反对爱因斯坦的相对论,所以他们与相对论的建立没有关双生子佯谬的问题是谁提出来的对或错 第二个是谁

问题描述:

洛伦兹和庞卡莱都曾经反对爱因斯坦的相对论,所以他们与相对论的建立没有关双生子佯谬的问题是谁提出来的
对或错 第二个是谁

事实上双生子佯谬并不存在.狭义相对论是关于惯性系之间的时空理论.甲和乙所处的参考系并不都是惯性系,乙是近似的惯性系,乙推论甲比较年轻是正确的;而甲是非惯性系,狭义相对论不适用,甲不能推论乙比较年轻.
   双生子佯谬乙留在地面等待甲,甲乘飞船作太空旅行,甲所乘坐的飞船在启动、调头、减速降落这些过程的加速、减速,都是相对于乙所在的惯性系而言的,所以这些过程没有什么附加的特殊效应,又因这些过程的时间都很短,所以可以将其忽略;而认为甲及其所乘坐的飞船静止不动,乙在飞离甲及甲所乘坐的飞船时,乙在启动、调头、减速这些过程的加速、减速,是相对于甲所处的非惯性系而言的.按照广义相对论的等效原理,相当于考察乙的运动的参考系中有一个引力场,虽然甲和乙都处在这一引力场中,但因他们在引力场中所处的位置不同,因而引力场对他们的影响也就不同.在乙启动及减速降落时,甲和乙距离较近,他们的引力场势相差不大,引力场对他们时间的流逝的影响也相差不大,所以仍可将这部分较短的时间忽略.而在乙调头时,由于甲和乙的距离非常遥远,这时乙的引力场势远高于甲,它使乙的时间比甲流逝得要快的多,或者反过来说,它使甲的时间比乙流逝得要慢的多.这一影响超过了乙相对于甲匀速运动期间速度v对时间的影响,使乙飞行归来与甲会合时,乙仍然要比甲变老了.
  所以乙调头这一过程在考虑“双生子佯谬”问题时是不能忽略的.运用广义相对论进行计算的结果,可知乙飞行归来与甲会合时,甲仍然是21岁,而乙是92多岁. 1966年用μ子作了一个类似于双生子旅游的实验,让μ子沿一直径为14米的圆环运动再回到出发点,实验结果表明运动的μ子的确比静止的μ子寿命更长.
1905年10月,德国《物理年鉴》杂志刊登了一篇《关于运动物体的电动力学》的论文,它宣告了狭义相对论假说的问世.正是这篇看似很普通的论文,建立了全新的时空观念,并向明显简单的同时性观念提出了挑战.我们知道由爱因斯坦狭义相对论可以得出运动的物体存在时间膨胀效应.在1911年4月波隆哲学大会上,法国物理学家P.朗之万用双生子实验来质疑狭义相对论的时间膨胀效应,设想的实验是这样的:一对双胞胎,一个留在地球上,另一个乘坐火箭到太空旅行.飞行速度接近光速,在太空旅行的双胞胎回到地球时只不过两岁,而他的兄弟早已死去了,因为地球上已经过了200年了.
  这就是著名的双生子详谬.双生子佯谬说明狭义相对论在逻辑自恰性上还存在不完善的地方.
质疑
  相对论诞生后,曾经有一个令人极感兴趣的疑难问题---双生子佯谬.一对双生子A和B,A在地球上,B乘火箭去做星际旅行,经过漫长岁月返回地球.爱因斯坦由相对论断言,二人经历的时间不同,重逢时B将比A年轻.许多人有疑问,认为A看B在运动,B看A也在运动,为什么不能是A比B年轻呢?
   四维时空中的双生子佯谬示意图相对论认为世界线A的长度就是留在地球上的兄弟A经历的时间,B的长度就是做星际旅行的兄弟B经历的时间,两条线不一样长,也就是说,双胞胎兄弟二人经历了不同长度的时间.哪一个人经历的时间长呢?有人会说直线比曲线短,那A比B经历的时间要短啊.双生子佯谬不是说B比A年轻吗?怎么会反过来呢?其实,并没有反过来,你之所以认为B线比A线长,是上了欧几何的当.我们通常用的几何是欧氏几何,两点之间以直线距离为最短.但在相对论中,四维时空的几何不是欧氏的,而是伪欧氏的.在伪欧氏几何中,斜边的平方等于两条直角边的平方差,两点之间以直线距离为最长.所以曲线B比直线A短,B经历的时间也就比A短.双胞胎中的星际旅行者经历的时间比地球上的同胞兄弟经历的时间短.因此返航会面时,B将比A年轻.双生子佯谬是真实的效应,它可以使宇航员在有生之年到达非常遥远的星系.[2]
  由于地球可近似为惯性系,B要经历加速与减速过程,是变加速运动参考系,真正讨论起来非常复杂,因此这个爱因斯坦早已讨论清楚的问题被许多人误认为相对论是自相矛盾的理论.如果用时空图和世界线的概念讨论此问题就简便多了,只是要用到许多数学知识和公式.在此只是用语言来描述一种最简单的情形.不过只用语言无法更详细说明细节,有兴趣的请参考一些相对论书籍.我们的结论是,无论在哪个参考系中,B都比A年轻.因为B是经过加速的,你看刚开始在地球上,于A的相对速度为0,而后来速度接近光速了(注意是接近).很明显是变速运动了,所以这样以来就不能说是 “认为A看B在运动,B看A也在运动,为什么不能是A比B年轻呢?”这句话根本就是对相对论错误的理解.而且B的年轻是相对于A的,对于他本人来说是不存在多活多少时间这么一说的.
  为使问题简化,只讨论这种情形,火箭经过极短时间加速到亚光速,飞行一段时间后,用极短时间掉头,又飞行一段时间,用极短时间减速与地球相遇.这样处理的目的是略去加速和减速造成的影响.在地球参考系中很好讨论,火箭始终是动钟,重逢时B比A年轻.在火箭参考系内,地球在匀速过程中是动钟,时间进程比火箭内慢,但最关键的地方是火箭掉头的过程.在掉头过程中,地球由火箭后方很远的地方经过极短的时间划过半个圆周,到达火箭的前方很远的地方.这是一个"超光速"过程,只是这种超光速与相对论并不矛盾,这种"超光速"并不能传递任何信息,不是真正意义上的超光速.如果没有这个掉头过程,火箭与地球就不能相遇,由于不同的参考系没有统一的时间,因此无法比较他们的年龄,只有在他们相遇时才可以比较.火箭掉头后,B不能直接接受A的信息,因为信息传递需要时间.B看到的实际过程是在掉头过程中,地球的时间进度猛地加快了.在B看来,A先是比B年轻,接着在掉头时迅速衰老,返航时,A又比自己衰老的慢了.重逢时,自己仍比A年轻.也就是说,相对论不存在逻辑上的矛盾.