• 【宇宙迷宮】雙子悖論揭光速時間相對變慢
  • 2019-09-14    

 

睇壹仔不止要娛樂,也不止要看踢爆,而是要有「得益」,得益包括思想上和知識上,我們才不會白活一場,這個《宇宙迷宮》節目,由科普達人李偉才先生,帶大家進入宇宙,了解自己所處的時空。了解宇宙的大,安份自己的小。(編按)

俄國著名小說家高爾基說過,時間是最公平合理的,不給誰多一分一秒。19世紀末文學家如此絕對地看待時間,但在科學家眼中又是怎樣一回事?愛因斯坦在20世紀初提出的相對論,就有另一種看法。

愛因斯坦在相對論中,提出「雙子悖論」(Twin Paradox,又譯「孖生子悖論」),說明時間流逝速度並非絕對。按照相對論,時間流逝的速率,原來會隨著物體運動的速度而改變,具體而言是速度越高,時間流逝的速率越慢。科學家之前從未察覺這些變化,是因為只在運動速度非常接近光速之時,這種變化才會明顯。

留在地球的較年老?

假設一艘太空船離開地球探索宇宙,而船身有很多很大的玻璃窗。現在假設太空船的速度已經達到光速的九成以上,根據相對論,如果留在地球的我們透過強力望遠鏡觀察船上的情況,會驚訝地發現船上的計時器、船員的新陳代謝,以及船員的一舉一動都會減慢下來,例如可能貶一貶眼要幾分鐘,講一句話要半小時。

但更奇怪的是,船上的人完全不會覺得自己有問題。相反,如果他們同樣以望遠鏡觀察地球上的人,他們會發現時間減慢了的是我們而不是他們!至於誰才是正確?愛因斯坦告訴我們,其實兩邊都正確,因為時間流逝的速率是相對而不是絕對的。

但現在問題來了,假如有一對孖生姊妹,姊姊上了太空船而妹妹留在地球,假如漫遊太空50年後回來,究竟是姊姊能保持青春多些?抑或妹妹較青春?這個就是著名的「雙子悖論」。

曾經有一段時期,一些意見認為這個悖論,顯示相對論有漏洞,但較深入的分析顯示,太空船去而復返必須經歷加速同減速的階段,從而打破了同地球對稱的關係。結果是「天上方一日,地上已一年」,而當太空船降落後打開門,踏出來的姊姊會比留在地球的妹妹年輕得多。假以時日,當太空旅遊普及之際,這理論或會成為人類長壽的新秘訣。

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