“双生子佯谬”的狭义相对论解释

“双生子佯谬”或“时钟佯谬”(以下简称“佯谬”)是狭义相对论中最复杂的佯谬之一,历史上曾有过激烈的争论。以爱因斯坦为代表的一些物理学家认为佯谬超出了狭义相对论范围,要用广义相对论才能解决;有些人则认为这是狭义相对论提出的问题,应该能在自己的理论框架内解决;至今仍是众说不一。本文将通过简明易懂的计算证明,佯谬问题仅仅在狭义相对论的框架内就可以完美     

相对论的双生子佯谬

相对论的运动时钟变慢所引起的表观矛盾称之为“时钟佯谬”或“双生子佯谬”,是电动力学课程中狭义相对论部分的教学难点之一。在讲授时若以明确的物理概念辅之以具体的数学计算,就能收到很好的效果。双生子佯谬是说双生子之一,坐火箭离开地球做宇宙航行,然后再返回地球,在他看来,地球上的另一个双生子绕着他做反方向的宇宙航行。他们二人的年令会是相同的吗?由于相对论的时间延迟,他们二人会各自宣布说,另二个的年令比较小吗?或是其中一个的年令比另一个小吗?     

狭义相对论中的佯谬之谜新探索

通过对双生子佯谬的分析,指出狭义相对论的"尺缩钟慢"是测量效应,所有关于狭义相对论的佯谬和悖论都不存在.狭义相对论的本质是一种数学方法,它为广义相对论的提出提供了数学方法和物理思想,验证狭义相对论结论的实验实际是验证了广义相对论的结论.     

用时空柱坐标变换解释双生子佯谬

双生子佯谬又称时钟佯谬,是一个很有趣的问题。这个问题告诉我们,狭义相对论有它的局限性,对两个不同的参照系,用狭义相对论的观点讨论时钟延迟效应会得出两个截然不同的结果。但是,用广义相对论的概念可以很简明地得出完全相同的正确结论。本文以旋转坐标这一特殊加速系为例,运用柱坐标变换,能简单明确地解释双生子佯谬。1 佯谬的提出和出现的原因 设双生子甲和乙出生在惯性参照系S上,乙乘坐一艘宇宙飞船以0.6C的速度驶向15光年远处     

双生子佯谬的狭义相对论观点

给出双生子佯谬的3种狭义相对论解释.结果表明在狭义相对论范畴,双生子佯谬仍然可以得到合理解释.     

对双生子佯谬问题的几种解释

给出备受物理学界关注的双生子佯谬问题的几种探讨。首先给出最一般的讨论,即完全利用狭义相对论中的洛仑兹变换,计算出具体实例中留守者和旅行者各自所经历的时间,并进行比较。计算中,旅行者发现留守者的时间突增是解决问题的关键所在。其次,利用几何方法对双生子佯谬进行解释,即利用闵氏时空图对其进行解释,这里包含了一个重要结论:闵氏时空中的类时测地线为最长类时线。文中最后将深入地分析双生子佯谬的物理机制。看似对称的双生子运动实则并不对称,旅行者是有加速过程的,其加速度大小和加速期长短对其时间延缓是有影响的。这也是对前面提到的产生时间突增的原因的补充说明。讨论结果表明:双生子佯谬实质上并不是佯谬,而是一个绝对效应。     

双生子佯谬的一个新模型

双生子佯谬是相对论中一个古老的问题,但是,许多文献对它都未给出满意的说明.本文提出的双生子佯谬的新模型,能解决通常文献中出现的矛盾,并使相互对立的观点统一起来.     

相对论时空观解释的一些探讨

笔者在教学中发现,不少学生对于相对论时空观的理解上还存在一些误解。本文就“运动尺子收缩”,“运动时钟延缓”、“双生子佯谬”等问题作了一些探讨,谈谈我的认识。     

时钟佯谬的理论处理

本文首先简要地介绍了狭义相对论中出现的“时钟佯谬”,然后在纯狭义相对论范围进行了讨论。最后在通过飞行时钟参考系中利用广义相对论的理论,解爱因斯坦场方程和自由质点运动的测地线方程,得到在飞行时钟被加速的期间地球上时钟所走的时间,其结果与地球时钟参考系(惯性系)上利用狭义相对论计算出的结果完全一致,从而在理论上较为满意地消除了“时钟佯谬”。     

对“双生子佯谬” 的再思考

对“双生子佯谬”问题作了些原则性的思考,提出了不同看法：不同参考系中测到的时间不能直接进行比较,参考系等价的假设对时钟延缓也适用,因此,只要参考系等价这个大前提不变,“双生子佯谬”问题中的两双生子在不同参考系中观测到的年龄增长就是矛盾的,而这恰恰就是相对论的本质。     

孪生子佯谬是怎么回事？

所谓“孪生子佯谬”，是那些反对相对论的人设想出来的一个非常著名的刁钻难题，想要证明“相对论是错误的”。这里“佯谬”一词，又叫“悖论”，意思是从似乎合理的假说推导出来的本质上自相矛盾的结论。     

时钟佯谬及长度收缩佯谬

本文对相对论中最著名的两个佯谬——时钟佯谬及长度收缩佯谬加以综述和讨论。着重讨论了如何根据狭义相对论和广义相对论的基本原理从理论上消除时钟佯谬及长度收缩佯谬的问题。并强调指出,时空的统一性是解决这两个佯谬的关键。     

相对论中的佯谬

在分析佯谬(悖论)的本质和意义的基础上,具体讨论了狭义和广义相对论中著名的双生子佯谬、长度收缩佯谬和奥尔伯斯佯谬、纽曼一泽利格尔佯谬、超光速佯谬.说明佯谬的出现和解决推动着科学向更高层次发展.     

孪生子佯谬及实验研究方法

孪生子佯谬是法国科学家郎之万提出的.爱因斯坦认为该问题不能在狭义相对论中解决,必须用广义相对论,但他本人没有给出完整的答案.在国内王永久教授的解答是目前该问题的最优解答之一.但王教授的解答要有一个前提:假设地球是惯性系.本文对这个假设进行了分析,认为如果飞船和太阳同步,则王教授假设同样可用到飞船上,这样孪生子佯谬还是没有彻底解决.本文根据对相对论中悖论产生原因的分析,得到了一个相对论的适用条件,用这个条件可以消除相对论中所有由"相对性对称比较"引起的悖论,并提出检验理论的实验方法,该实验方法是在目前技术条件下可实现的,这样通过实验可以彻底解决孪生子问题.     

L型直角杆佯谬剖析

分析了Ｌ型直角杆的两个佯谬，利用相对论连续体的能量方程以及相对论中运动长度收缩，相互作用以有限速度传播，刚体概念失效等性质对两个佯谬给出了较满意的解释。     

超光速佯谬和中微子

爱因斯坦的狭义相对论和因果原理意味着任何运动物体的速度不能超过光在真空中的速度。然而，有许多讨论超光速运动粒子的尝试，这些讨论或者是在狭义相对论的框架下进行的，或者是超越了狭义相对论。这些讨论都遇到一系列难以克服的困难，即“超光速佯谬”。文中详细分析了这种佯谬，并证明它在与狭义相对论兼容的量子理论中显然是不出现的。在实在世界中，中微子最可能是一种超光速粒子。     

均匀引力场中的计时问题：兼论福克的“时钟佯谬”

本文分别在广义相对论和狭义相对论的基础上,通过对钟在均匀引力场中的原时计算,得出了自由运动的钟在读数上比静止的钟超前还是落后与钟被抛出的投射角有关(临界值为60°)以及原时计算公式在牛顿近似下同样适用于非自由运动等结果.在讨论涉及到引力作用的“时钟佯谬”问题时,结合对福克在这一问题上的论点和计算的评述,作了必要的修改和补充.     

高速运动真的能减缓生命节律吗

本文运用狭义相对论时空观,详细地剖析了“时钟佯谬”产生错误的根源,并用洛伦兹变换公式仔细计算了光子火箭从启动,出航,掉头,返回,着陆等全过程各个环节的时间和长度的变化。本文提出了一个独到的见解：认为既然从静止到高速运动的加速过程会产生“时间延缓,长度收缩”的相对论效应,那么与之相对称的从高速运动到静止的减速过程也必然有一个相对应的“时闻还原、长度恢复”的相对论逆效应。从而顺理成章地得出孪生子重逢必同年的结论。针对大量科普文章中“生命的节律在高速运动中放慢”的观点,独树一帜地指出,这是对相对论的误解,最后总结出“高速运动不可能真的减缓生命节律”的结论。     

关于Landsberg佯谬的讨论

Ｌａｎｄｓｂｅｒｇ佯谬,只是狭义相对论的一种观测效应。本文通过一个具体的热力学模型,计算了运动参照系中的热交换量,得到运动物体温升高的结论。     

狭义相对论面临的问题及解决的途径

狭义相对论面临"孪生子佯谬"以及"惯性系"的定义存在逻辑循环等问题。在详细分析狭义相对论产生一系列问题的根本原因之后,根据辩证法的"对立统一"规律和中国古代"阴阳学说"认为狭义相对论的哲学基础是不完备的。最后,提出"绝对相对统一论"时空观才是解决狭义相对论面临问题的根本之道。