解读双生子佯谬，一个至今仍有人误解的相对论问题

双生子佯谬，很多人都听说过，但并不是每个人都理解，不少人对双生子佯谬有误解。

(资料图)

一对双胞胎兄弟，哥哥乘坐亚光速飞船离开地球，弟弟在地球上生活，那么当哥哥返回地球之后，两人谁更年轻呢？

因为哥哥在太空中高速飞行，根据狭义相对论中的时间膨胀原理，哥哥的时间变慢了。但是由于速度是相对的，在哥哥眼里，弟弟同样也在高速飞行，所以弟弟更年轻。

那么到底谁更年轻呢？答案是：哥哥！

之所以会出现“哥哥和弟弟都认为自己更年轻”的结论，是因为哥哥和弟弟并不处在完全平等的参照系内，哥哥是非惯性系，而弟弟在惯性系内，狭义相对论的时间膨胀原理是建立惯性系基础上提出来的。

而要对比哥哥和弟弟到底谁更年轻，两人必须处在同一参照系才有意义，否则对比两人谁更年轻就没有意义。

也就是说，“哥哥和弟弟都认为自己更年轻”其实是没有错的，他们两人都没有错，在两人眼里，自己确实更年轻。不过这种对比和结论并没有太大意义，因为他们都在以自己为参照系去衡量对方。

说白了，两人都在用自己的时间，也就是“本征时间”来衡量彼此。就像你自己身上带着一个钟表，远在百亿光年之外的外星人同样有一个钟表，你们都有自己的时间，这时候对比你们时间的快慢是没有意义的。

那么为何还要说哥哥更年轻呢？

由于哥哥在出发返回的过程中势必经过加速减速，也就是前面所说的非惯性系，而狭义相对论只适用于惯性系，所以用广义相对论解释会更简单方便。

当然，也不是说狭义相对论就不能解释，只是比较麻烦，把哥哥加速减速的过程分割成无限多个过程，就可以看做无限多个惯性系，类似微分的概念。

而用广义相对论就容易多了，由于在离开并返回地球的过程中，哥哥经过了加速和减速，也就是说哥哥经过了足够大的加速度，而弟弟并没有。

根据广义相对论的等效原理，加速度与引力场是等效的，哥哥经过了加速度，相当于经过了强大的引力场。而强大的引力场会让时间变慢，就像在黑洞附近逗留一段时间，时间就会变慢一样。

所以哥哥返回地球后会变得更年轻。

双生子佯谬并不仅仅是一个思想实验，现实中早就得到了验证，不过验证过程并不是真的让一对双胞胎进行实验，而是用非常精密的铯原子钟，把原子钟放到高速飞行的飞机上做环球旅行，实验结果与理论上的语言是一致的。

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