发现相对论一个有趣的问题

Question

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?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，无论在那个参考系中，B都比A年轻。

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。

看了答案后，还是不懂“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。”
这句话是什么意思，谁能讲解一下呢？

Answer 1

楼主的这一段是真理，我也好奇了好久，深深被这个“掉头”过程吸引。楼上说地球和飞船等价的都是没有经过思考的，如果他们是等价的，那么他们永远不能相遇，飞船将远离地球直线运动，那样他们是等价的。故此，此说贵在掉头这一个过程上。相对于地球上的人，我就不解释了，很好理解。主要是针对飞船上的人，他眼中的地球瞬间从身后划过半个圆周到达身前，地球发生了超光速，不同的参照系不可比较时间，但是对于飞船来说，地球确实发生了超光速（注意：不是相当于，而是确实），那么飞船眼中的地球一定领先飞船率先到达了“未来”（注意：这是将来他们会相遇的情况），既然到达了未来，当然迅速的衰老了。

以上是对掉头过程的解释。那么整个过程看：地球上的人看飞船，飞船加速又减速，但是始终在同一个方向，没有超光速，因此用狭义相对论解释，飞船上的衰老始终比自己慢，最后相遇，比自己年轻。飞船上的人看地球，地球加速远离，然后超光速从身后到达身前，然后减速靠近自己，加速和减速的过程同上，因此飞船上的人看地球人就是：衰老比自己慢（加速过程），迅速衰老（超光速过程），衰老比自己慢（减速过程），最后相遇发现还是比自己老。窃认为这是相对论的精华，严丝合缝，和谐统一。

Answer 2

其实问题应该这样解释:飞船在回到地球的过程中有一个减速和加速的过程,这是一个非惯性系的过程.在这个过程中,根据广义相对论,会产生一个等效重力场.根据广义相对论我们知道,在重力场中的时间会变慢.因此,此时以B为参考系，他的时间此时也比A慢。经过相关公式的计算，狭义相对论导致的时间差远远小于广义相对论中带来的时间变化。这里涉及的公式过于高深我无法在这里写出来。用比较简单的语言描述一下：
假设B回到地球比A年轻了10岁，在整个匀速飞行过程中以B为参考系这个过程导致的后果就是A开始比B年轻了10岁，但在飞船减速和加速的过程中，以B为参考系，B在等效重力场的作用下又一下子比A年轻了20岁，最后的结果就是B比A年轻了10岁。
其实双生子佯谬涉及到的是惯性系与非惯性系的差别，涉及到了狭义和广义相对论的共同使用，只用狭义相对论当然得不到正确答案。这才是双生子佯谬的正确解释。
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说句实在话，我发现上面的朋友根本就没有看懂我的意思就发言了。这个习惯很不好。我什么时候说过飞船与地球等价了？还有在这个所谓的掉头理论是最经不起考验的。假如我有这么一种飞船：这种飞船在飞船的两端都装有推进器，那么我就根本不需要这个所谓的掉头的过程了。也就不存在什么“超光速”了。双生子佯谬是需要结合狭义和广义相对论的知识才能解决的问题。飞船和地球并不是等价的参考系。相反的是，由于飞船有一个减速和加速的过程，因此飞船是非惯性参考系而地球一直是惯性系。这是两种不同的参考系。非惯性系中的时间必须考虑减速与加速过程中等效重力带来的时间缓慢问题，而正是这个时间缓慢问题才最终导致飞船上的人比地球上的人年轻的结果。“超光速”理论绝对是一些对于相对论一知半解的人给出来的忽悠理论。事实证明，这种“超光速”是不存在的一种假象。
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对于不懂的理论不要轻易的下结论，没有深厚的物理和数学基础，就不要轻易地说什么谬论啊，什么骗局之类的幼稚语言了。

Answer 3

十分不懂相对论的东西

告诉你一个很搞笑的事情
我中学一个生物老师,上课很喜欢耍聪明.又一次发了一张他偶像的简介.那个人叫卢瑟福.不知道你认不认识,我听起来蛮厉害的.就是挑战爱因斯坦相对论的人,只可惜就要出结果的时候他去世了~~~听老师说,爱因斯坦理论中最大的缺陷是关于光速的部分...十分不理解,但是又被他糊弄的觉得他头头是道...

Answer 4

相对论完全就是一个骗局:对于宇宙来说,一个地球和一艘飞船没有什么区别,无非一个大一点,一个小一点罢了,要知道速度是相对的,如果飞船以超光速的速度远离地球,那么同时也可以认为地球以超光速的速度远离飞船,不管加速也好，减速也好,两者之间的关系都是一样的,只不过方向不一样而已,那么凭什么说飞船上的时间就比地球短,而不是地球上的时间比飞船短.

Answer 5

晕。飞船就是地球地球就是飞船 凭什么会变化？忽悠。
不要再挑战世界观了有意思吗？所有的理论都建立在逻辑上，不合逻辑的的理论是谬论。

你掉头不是他掉头？参照系的事情