日期：2014-12-03 17:43:07
　　变与不变——双生子佯谬
　　大明与小明是一对双胞，兄弟俩二十周岁时，哥哥决定乘坐宇宙飞船漫游太空，而弟弟则留守家乡。假定此时航天技术已非常成熟，使得大明在太空中以光速十分之一（3.0*10^7米/秒）的恒定速率自由穿越星际。数月后，大明便折返回地面，根据时间延缓效应，他在飞行过程中体内的时钟已然放慢了脚步，而地球上的一切却依从着既定的时刻表生息繁衍；因此可以预期，再相逢时，小明将不再是弟弟，而摇身一变成了爷爷。大明在驾驶舱中想象着小明爷爷的模样，就好像将要面对的是多年后的自己，一时百般滋味涌上心头……

　　二十岁的大明与垂垂老矣的小明喜相逢，这早已是科幻小说中司空见惯的片段。但亲爱的读者，先别忙着构思这幅感人画面，让我们把目光投向地球上生活波澜不惊的小明。从小明的角度看，大明确实驾驶飞船离他远去，可不是还有相对性原理吗？因此，也可以认为：大明静止地漂浮在太空中，而小明则“乘坐”着地球以3.0*10^7米/秒的速率飞驰。同样，根据时间延缓效应，整个地球的时钟都将变慢！所以，小明才是保持年轻的那一个，他将目睹一脸沧桑的大明走出飞船。

　　又来了，同一过程，两种结局，粗看起来，各有道理——这便是著名的“双生子佯谬”。1911年，法国物理大师朗之万针对狭义相对论的时间观构思出一个古怪的问题，它在哲学大会一经发表，立即引起轰动。
　　远在布拉格的爱因斯坦听闻消息后，不慌不忙回应道：破译这一难题的关键在于——辨析大明与小明两体系是否严格“相对”。小明一方，他待在陆地安安稳稳，确实区分不出自己到底处在静止状态还是匀速运动。但对于大明来说，他所驾驶的飞船在由起飞到逼近光速这段时间，先得经历猛烈的加速运动；另外，返程时的转向、着陆前的减速……行程中重力的不断变化将令他始终确信自己正处于运动状态，因此，大明与小明各自所处的系统间并不能做伽利略互换。

　　具体说来：当飞船到达匀速状态，在大、小明眼中，对方的确都在加速衰老；但飞船一旦进入变速状态——例如：调头折返的刹那——大明一方的时间延缓效应便凸显了出来。由于变速环节无法消除，飞船的运动是绝对的，所以，最后的结局只有一种：小明的年龄增长更快。现在，你终于可以放心描绘英雄归来的画面啦：舱门打开，意气风发的大明奔向颤颤巍巍拄拐而立的小明，哥俩相互拥抱，感慨万千……

　　不变与变——时钟佯谬
　　上例中，如果抛开实际操作中不可避免的变速过程不谈，将镜头定格于飞船以c/10的恒定速率从地球上空掠过的瞬间。此时，伽利略相对性便可施展其神奇魔力了，不论大明或是小明，都有理由将自己定义为运动一方，因此，对方的系统中时针将转得更快——老问题又来了，他俩谁对呢？
　　这就是“时钟佯谬”，有人说它是双生子谜题的一个特例，去掉了繁杂的加减速阶段后问题似乎简单了一些，但其实，它比双生子更难缠，围绕时钟佯谬的争论一直持续到二十世纪五十年代末。究其原因，这一次，两个系统完全满足伽利略互换的条件；所以，你无法判断谁对谁错。这怎么可能呢，同一个人怎么会既老又小？
　　要使双方观点都对，得有个重要前提：飞船与地球——两个世界永不相交。因为大明与小明若想相见，飞船就必须减速、悬停……这样，问题又绕回到双生子佯谬上了。而飞船若一直处于匀速状态，大明也就没办法与陆地上望穿秋水的小明相会；它俩在各自的系统内，都有权保留自己的结论：在大明看来，自己更年轻，尽管小明的看法与其恰恰相反，但两人绝没有机会从对方眼中来观察自己；因此，大可不必担心忽然撞见一又老又小的哥们儿。

　　一个现象，两种结论，竟然都成立。是不是与你心目中非此即彼的判断方式相去甚远？觉得怪诞——这就对了，狭义相对论的问世挑战着所有人的时空观，包括爱因斯坦本人，他在向科学院郑重地递交自己的论文之前，曾几度踌躇，把对方程的诠释改了又改，直到确信别的路统统都走不通，才小心翼翼地踏上了这条荆棘密布的险径。没想到，这一试探，前方竟是一片坦途：只要抛弃“绝对时间”概念，承认时间可以随着参照系的不同而变更，那么麦克斯韦关于光速恒定的推论不但不与伽利略相对性原理相矛盾，反而配合得天衣无缝，二者共同指向一个事实：我们不仅无法通过宏观力学现象来区分各惯性系，也无法通过电磁学实验来区分不同的惯性系。