愛因斯坦在1905提出了狹義相對(duì)論，6年后的1911年朽缴，法國物理學(xué)家郎之萬在意大利召開博洛尼亞大學(xué)召開的第四屆世界哲學(xué)大會(huì)上提出了這么個(gè)問題：假設(shè)有一對(duì)雙胞胎兄弟善玫，弟弟呆在地球上不動(dòng)，哥哥開著接近光速的飛船去宇宙里浪了一圈再回來密强。按照狹義相對(duì)論茅郎，運(yùn)動(dòng)的物體時(shí)間過得更慢，所以從地球上來看或渤，顯然是高速運(yùn)動(dòng)的哥哥時(shí)間過得更慢系冗，那么等哥哥回到地球的時(shí)候，哥哥應(yīng)該比弟弟更年輕薪鹦。
所謂悖論掌敬，就是命題中隱含著兩個(gè)對(duì)立的結(jié)論绷蹲。
1. 什么是雙生子悖論术幔？
狹義相對(duì)論中最著名的悖論汇恤，要數(shù)雙生子悖論月帝，也叫雙生子佯謬（The Twin Paradox）灾常，同樣是一個(gè)思維實(shí)驗(yàn)镶奉。
1.1 哥哥比弟弟年輕
假如有一對(duì)雙胞胎兄弟是鬼，哥哥坐著一艘宇宙飛船饥追，以接近光速的速度去太空里轉(zhuǎn)了一圈端考，又回到地球上雅潭，而弟弟一直在地球上待著。問飛船回來以后跛梗，兄弟倆誰的年紀(jì)更大一些寻馏？
根據(jù)鐘慢效應(yīng)，由于哥哥的運(yùn)動(dòng)速度非澈顺ィ快诚欠，所以在弟弟看來，哥哥的時(shí)間流逝速度非常慢。這樣等哥哥回來后轰绵，弟弟經(jīng)歷的時(shí)間更長粉寞，所以哥哥反而比弟弟年輕，哥哥就變成了弟弟左腔，弟弟變成了哥哥唧垦。
1.2 弟弟比哥哥年輕
這樣一個(gè)推論看似沒有什么問題，但是這里面隱含著嚴(yán)重的邏輯矛盾液样。
雖然是哥哥坐著宇宙飛船去宇宙里轉(zhuǎn)了一圈振亮。但是在哥哥看來，何嘗不是弟弟在地球上鞭莽，地球相對(duì)于哥哥坐的宇宙飛船坊秸，也以接近光速的速度轉(zhuǎn)了一圈。
因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)完全是相對(duì)的澎怒，無論是哥哥還是弟弟褒搔，都會(huì)覺得自己是不動(dòng)的，是對(duì)方在運(yùn)動(dòng)喷面。
所以對(duì)于哥哥來說星瘾，應(yīng)該是弟弟的時(shí)間流逝速度更慢。當(dāng)自己回地球以后惧辈，哥哥應(yīng)該更加年老琳状，哥哥還是哥哥，弟弟還是弟弟咬像。
1.3 生活中的相對(duì)運(yùn)動(dòng)
相信你一定坐過高鐵算撮，不知道你有沒有過這樣的感受生宛。
當(dāng)你坐在高鐵上县昂，車還沒有開動(dòng)，在你坐的高鐵旁邊還有另外一列高鐵陷舅。如果你望向窗外倒彰，發(fā)現(xiàn)對(duì)面的高鐵開動(dòng)了，這個(gè)時(shí)候你很有可能會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)覺莱睁，你無法判斷到底是對(duì)面的高鐵開了待讳，還是自己的高鐵開了。
因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)完全是相對(duì)的仰剿，你只能判斷對(duì)面的高鐵相對(duì)于你運(yùn)動(dòng)了创淡。至于到底是你所乘坐的高鐵開動(dòng)了，還是對(duì)面的高鐵開動(dòng)了南吮，你是無法判斷的琳彩。
1.4 狹義相對(duì)論錯(cuò)了嗎？
同理，在宇宙飛船的思想實(shí)驗(yàn)中露乏，如果哥哥和弟弟不知道自己具體是在地球上還是在宇宙飛船上碧浊，只能看到對(duì)方的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的話，就會(huì)產(chǎn)生鐘慢效應(yīng)的悖論瘟仿。
也就是對(duì)于哥哥來說箱锐，弟弟更年輕了，而對(duì)于弟弟來說劳较，哥哥也更年輕了驹止，那么究竟是誰更年輕了呢？
但是很顯然观蜗，一件事不會(huì)有兩個(gè)結(jié)果幢哨。真要做這么一個(gè)實(shí)驗(yàn)的話，最終要么是哥哥更年輕嫂便，要么是弟弟更年輕捞镰。如果折中一下，兩個(gè)人的時(shí)間流逝還是一樣的話毙替，那鐘慢效應(yīng)的推論不就破潰了嗎岸售？
2. 考慮整個(gè)加速的過程
2.1 狹義相對(duì)論的適用范圍
與前兩節(jié)的結(jié)論類似，狹義相對(duì)論的研究對(duì)象只能是做勻速直線運(yùn)動(dòng)的物體厂画，不考有加速度的情況凸丸。加速度也屬于廣義相對(duì)論的討論范疇。
2.2 雙生子佯謬的邏輯跳環(huán)
如果真的分析一下這個(gè)思維實(shí)驗(yàn)袱院，就會(huì)發(fā)現(xiàn)我們?cè)谶壿嬌嫌幸粋€(gè)巨大的跳環(huán)屎慢。
一開始，哥哥和弟弟都在地球上忽洛，兩個(gè)人是相對(duì)靜止的腻惠。之后哥哥坐上了宇宙飛船，宇宙飛船一路加速到接近光速欲虚，哥哥實(shí)實(shí)在在的經(jīng)歷了一個(gè)加速過程集灌。
但是之前已經(jīng)說了，狹義相對(duì)論只討論勻速直線運(yùn)動(dòng)的情況复哆，不考慮加速的情況欣喧。因此在分析這個(gè)問題的時(shí)候，不能只在狹義相對(duì)論的框架下來討論梯找，也必須要借助廣義相對(duì)論唆阿。
2.3 狹義相對(duì)論并未破潰
其實(shí)仔細(xì)想一下就會(huì)發(fā)現(xiàn)，雙生子悖論會(huì)遇到困難锈锤， 是因?yàn)楦绺缱罱K要回到地球跟弟弟見面驯鳖。這一見面饰躲，就會(huì)有誰更年輕的問題。
但是如果哥哥飛出去以后臼隔，一直不回地球的話嘹裂，即便在哥哥看來，弟弟流逝的時(shí)間更慢摔握，在弟弟看來寄狼，哥哥的時(shí)間流逝也更慢，這本身是沒有矛盾的氨淌。
只要不存在最后哥哥回到地球與弟弟見面的環(huán)節(jié)泊愧，哥哥和弟弟各自的時(shí)間在自己看來都是正常的。而對(duì)于對(duì)方來說盛正，只要沒有驗(yàn)證的環(huán)節(jié)删咱，狹義相對(duì)論就不會(huì)破潰。
2.4 雙生子思維實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證
下面來看一個(gè)具體的例子豪筝。假設(shè)哥哥的飛行速度快到剛好使得弟弟看哥哥時(shí)間流逝的速度痰滋，是弟弟的十分之一，這個(gè)速度是非常接近光速的续崖。根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)敲街，哥哥看弟弟的時(shí)間流逝速度也應(yīng)該是自己的十分之一。哥哥出發(fā)的時(shí)候严望，兩個(gè)人都是二十歲多艇。
當(dāng)?shù)艿芸醋约旱臅r(shí)間過了一年的時(shí)候，他給哥哥發(fā)了一條信息像吻，說：哥哥峻黍，我這里已經(jīng)過了一年了，我現(xiàn)在21歲了拨匆。然而在哥哥看來姆涩，由于弟弟的時(shí)間過得非常慢，弟弟在發(fā)出這條信息的時(shí)候涮雷，哥哥自己已經(jīng)過了十年了阵面。
并且對(duì)于哥哥來說，這十年間自己是以接近光速的速度在飛行的洪鸭，所以弟弟發(fā)信時(shí)，哥哥離地球的距離大概是十光年左右仑扑。
而這條信息從發(fā)出到被哥哥接收到览爵，又要花個(gè)十年左右。因?yàn)楦鶕?jù)光速不變?cè)碚蛞@條信息要以光速跨越十光年的空間距離追上自己蜓竹。所以當(dāng)哥哥收到信息的時(shí)候，自己已經(jīng)過了20年了。
哥哥收到信息后馬上給弟弟回信俱济，說：弟弟嘶是，我已經(jīng)40歲了。其實(shí)這個(gè)時(shí)候哥哥可以推算出蛛碌，弟弟應(yīng)該是22歲聂喇。
但是在弟弟看來，整個(gè)過程就不是這樣了蔚携。由于弟弟發(fā)信的時(shí)候自己只過了一年希太，所以哥哥離自己也只有一光年遠(yuǎn)，信息只需要追一光年的距離酝蜒。
但是在信息追趕哥哥的過程中誊辉，哥哥還在繼續(xù)以略低于光速的速度遠(yuǎn)離。所以弟弟會(huì)覺得信息追趕哥哥的速度非常慢亡脑。等哥哥收到這條信息的時(shí)候堕澄，弟弟這里已經(jīng)過了遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過20年的時(shí)間，與哥哥之間的距離也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過20光年霉咨。
還是根據(jù)光速不變?cè)砟纹绺绲幕匦旁诘艿芸磥硪怨馑倏缭竭@段很長的距離，還需要經(jīng)過很長時(shí)間才能傳到弟弟手中躯护，而在回信中哥哥聲稱自己只有40歲惊来。
這樣一來就沒有矛盾了。無論是哥哥還是弟弟棺滞，收到對(duì)方的信息后再跟自己現(xiàn)在的時(shí)間進(jìn)行比較裁蚁，都會(huì)發(fā)現(xiàn)從信息上看來，對(duì)方比自己年輕了继准。狹義相對(duì)論的鐘慢效應(yīng)對(duì)雙方來說都是成立的枉证。
3. 到底誰更年輕？
上面的分析仍然是在狹義相對(duì)論的范圍內(nèi)討論問題移必。如果運(yùn)用廣義相對(duì)論室谚，真的讓哥哥返回地球跟弟弟見面，到底誰會(huì)更年輕呢崔泵？答案是哥哥秒赤，因?yàn)楦绺鐣?huì)經(jīng)歷速度改變的過程。
在廣義相對(duì)論中憎瘸，經(jīng)歷加速或減速的過程同樣會(huì)使時(shí)間的流逝速度變慢入篮。哥哥要想完成星際旅行，必須先加速幌甘，運(yùn)動(dòng)到最遠(yuǎn)處減速停下來潮售，然后返航的過程再經(jīng)歷一次先加速后減速的過程痊项。
根據(jù)廣義相對(duì)論，哥哥完成這一系列動(dòng)作酥诽，時(shí)間流逝一定是更慢的鞍泉。
