相对论中的一些简单的问题

来源:百度知道 编辑:UC知道 时间:2024/06/24 15:51:45
如果假设让一个人以极其接近光速的速度远离地球,那么地球上的人看他时间会变慢,那他看地球的时候,地球人的时间也变慢,那么过一段时间他回来了,再看到地球上的人,是地球上的人老了还是他老了,还是都没变?

这就是孪生子悖论,双方看对方都很年轻。
这个悖论更说明我们无法进行光速或者近光速旅行。

首先地球人看他是正常的,没变化,接近光速的人看其他的才变慢,接近光速的人没变老,地球人都变老了,因为接近光速后生理反应也会变慢

感觉到自己被加速的人会真的变慢,地球上的人会比较老。

设接近光速远离地球的人为B,地球上的人为A.因为问题涉及到运动掉头时的减速加速阶段,狭义相对论不适用于非匀速情况,只能借助广义相对论考虑。在广义相对论中,变速力等效于引力,具有使被变速系统时间变慢的效应,而B变速阶段引起的自身时间变慢对B来说足以抵消相对运动造成的观测到的A的时间变慢,因此B将观测到A的最终时间比他快,也就是年龄比他老;这与A观测到的事实一致,所以并不存在矛盾。

详细分析如下:
B走了又回,中间必然经过一个变速阶段,B将明显感受到变速力的作用,知道自身处于了非惯性系中,根据广义相对论,自身时钟将变慢;利用前后速度大小不变这一对称性,可以计算出本来A的时间相对变慢了,但由于自身受到变速力的作用时钟变得更慢,于是掉头后反而发现A的时间相对变快了,也就是地球上的A一下子变得比自己老很多了,虽然后面看到A老得慢,但到返回地球时A都还比自己老一些,正好与A计算的结果符合。
总之,B亲身经历了非惯性系变速力使自身时间骤减的阶段,而A一直都处于地球这一近似惯性系中,时间始终均匀流逝。这样两个人的计算结果最终一致:B年轻,A比B老。

以上分析可以结合下面关于双生子佯谬的计算分析来理解:
因为问题涉及到非惯性系,在狭义相对论范畴内无法解决,需要涉及广义相对论。
设飞船上的人为B,地面上的人为A.
如果B一直以0.8光速匀速直线运动驶离A,确实是A,B都观测到对方更年轻,但这样的话,A和B也永远不会再见面,来确认到底谁年轻。
B要回来,必须经过一个变速阶段,减速到0再加速返回,所以飞船B的整个旅程就不是一个惯性系,就是在掉头前后,B对A的描述从一个惯性系急剧的变化到另一个惯性系。
用公式计算可知,掉头后由于速度变为负的,所以时间差也变为原来的负值!假设B掉头的地方距地球8光年,B的速度为0.8c=0.8光年/年,掉头前B观测到