雙胞胎怪論.ppt

1、,雙胞胎的怪論,雙胞胎誕生了。若干年后，雙胞胎中的一個駕駛著 高速宇宙飛船到遙遠的星球去了，而另一個則留在地 球上。留在地球上的兄弟覺得時間過得很快。10 年、 20 年、30 年過去了。他的頭發(fā)變白了，視力衰退了， 肚子也變大了歲月可不饒人哪！,后來他高興地得知，他的兄弟就要回來了。宇宙飛 船已經回到可以看得到的天空。幾天以后宇宙飛船順 利地著陸了，兄弟倆激動地互相擁抱著。地球上的兄 弟看到了什么？,他的兄弟看上去仍像30年前一樣：黑黑的頭發(fā)，肚 子也沒變大。他一點也沒變老他似乎比他去宇宙旅 行以前更年青了。,如果說他剛離開五年，也許還能使人相信。但是已 經分別30年了呀！“ 最近30年你很

2、好嗎？” 地球上 的兄弟問宇航員。“ 很好。而你最近5年也好吧！” 宇 航員回答說。 這種情況可能嗎？,可以想像，實際上要實現(xiàn)這樣的情況將是很困難的。 但是我們相信，如果某一個時候我們能用足夠快的宇 宙飛船將雙胞胎中的一個送去旅行，那么從留在地球 上的兄弟看來，飛船上的時鐘將比地球上的時鐘走得 慢。結果是地球上的兄弟老的快。而他的兄弟在返回 地球后顯得年輕的多，因為按宇宙飛船上的時鐘計算 他度過的歲月要少的多。,宇宙飛船上的時間間隔與地球上的時間間隔的關系 由下式表示：,如果飛船的速度v 等于 0.99c ，則,也就是說，在地球上30年的時間相當于宇宙飛船上約 4 年半的時間。因此，地球上的兄

3、弟活了30 年，而在 這段時間里，他的宇宙飛船上的兄弟只度過了4年半。,如果我們站在宇航員的角度去考慮呢？他可以認為 他自己是靜止不動的，而地球先是飛離他而遠去，后 又向他飛攏過來。這樣，在他看來，地球上的時間應 當變慢， 即相遇時, 留在地球上的兄弟應當顯得比他 年輕。,我們要問到底誰年輕？這個奇談怪論是基于一個 很容易被忽略的不正確的假設。這個假設認為任何 參考系都能同樣好得用來解釋實驗結果。愛因斯坦 并未提出這樣的假設。不但如此，這種假設是與實 驗不相符合的。,如果在這些參考系中牛頓定律成立，幾個參考系 被認為是等效的。但是這些定律決非在一切坐標系 中都成立。,如果在某些系統(tǒng)中牛頓力學的定律成立，則稱這 些參考系為慣性系。描述牛頓力學內容的方法之一 就是確定有這樣的一個參考系， 在此系統(tǒng)中牛頓定 律成立。其它一切慣性系相對于這個參考系都是勻 速運動著的。,對于雙胞胎的怪論可以這么說，如果地球和火箭 相互作勻速運動，則由于這兩個系統(tǒng)都是慣性系， 他們是等效的。但是，為了返回地球，火箭必須減 速、停止前進、并轉而向反方向運動（在宇航員看 來，是地球減速、停止前進并轉而向反方向飛行）。 從火箭減速的那一瞬時起，它已不是慣性參考系了， 而只有慣性系統(tǒng)中牛頓力學的定律才成立。,雙胞胎怪論發(fā)生的原因在于：我們假定了一切