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第四百六十一幕.雙生子佯謬

更新時間:2019-01-25  作者:無火的余灰
拜見校長大人 第四百六十一幕.雙生子佯謬
“等一等,萊納,我這里有一個問題。”

這時候,蘭徹斯特斯坦尼恩突然開口。

“在以速度接近光速運動的物體上會出現時間膨脹效應,可根據運動的相對性原理,外在的觀測者理論上也在以光速原理這個物體,外在觀測者是否也會出現時間膨脹效應?”

斯坦尼恩閣下的話語令會議室內再度沉默下來,他的提問似乎蘊含了某種難以解釋的怪異。

“就比如,有一對雙胞胎,阿爾與貝塔,他們兩人同時長大,一模一樣,這個時候,阿爾獲得了一個法術,能夠讓他以光速遠離星球,去往宇宙,他經歷了短暫的加速,以光速朝著宇宙飛行,在飛行了一段時間后,又立刻減速,隨后以光速折返。”

斯坦尼恩閣下一邊斟酌話語,一邊娓娓道來。

“按照時間膨脹理論,阿爾處于接近光速的高速運動中,他應當出現了時間膨脹效應,他所經過的一秒時間,位于地面的貝塔應該已經經過了數秒,我們如果不加精密計算的討論,出發的時刻,阿爾與貝塔都是二十歲,而回來的時刻,由于時間膨脹效應,阿爾看起來只有三十歲,可貝塔卻已經七十歲了。”

聽到斯坦尼恩閣下的解釋,在座的幾位高階法師思索片刻,微微點頭,表示同意這樣的假設。

“但我們現在,換一個角度來思考,如果以阿爾為參考系,那么貝塔實際上也是經歷了加速到光速再折返的過程,貝塔身上也應該出現時間膨脹效應,在阿爾的角度,貝塔應該表現得比自己年輕才對。”

“這產生了矛盾!”

路德維格施坦因很快覺察到了問題,由于運動的相對性,時間膨脹效應應該出現在雙方身上,而不是單純只有一側的時間會因此而膨脹。

“萊納,你如何解釋這個問題?”

伊格爾斯菲爾德也同樣百思不得其解,斯塔尼恩閣下的這個悖論相當容易理解,卻又難以解釋,因為這似乎與時間膨脹效應沖突,而現在,沒有人能夠有自信的說出到底哪一個才是錯誤的。

眾人的視線落到了萊納的身上,因為在場的各位高階法師之中,只有相對論的提出者萊納才是最為了解這個理論的,他不可能沒有考慮到這個問題。

萊納環視眾人,清了清嗓子,站起身來。

“這個問題的確在我的考量之中,各位閣下,說實話,這個雙生子佯謬的出現,正是經典時空體系與相對論時空體系的差異導致的。”

他輕輕一揮手,半空中便出現了兩個小小的時鐘。

“我們可以將問題簡化為,兩個原本一致的時鐘,其中一個突然以接近光速遠離后折返,另一個在原地不動,求兩個時鐘的顯示時間在折返之后會出現怎樣的狀況,為了繼續簡化,我們假設加速與減速的過程幾乎不存在,這就是兩段勻速運動的結果,運動的那個時鐘被稱為動鐘,靜止的時鐘則被稱為靜鐘。”

在法師們的注視下,萊納令光點重復了一下這個運動過程。

“在經典物理體系中,以兩個光點各自作為參考系,自然能夠得到對方都在相對于自己做勻速運動的結果,但讓我們將關注點放到這個運動的點,也就是動鐘上,動鐘遠離靜鐘的過程很明顯,以靜鐘為參考,動鐘出現了時間膨脹,時間過得更慢,而以動鐘為參考,靜鐘也在勻速運動,出現了時間膨脹,時間過得更慢。”

“這不就是矛盾了嗎?”

瑪利亞因斯坦夫人疑惑地問道。

“但事實上,因斯坦閣下,動鐘與靜鐘的時間都是相對而言的,他們自己并不會感覺到時間流逝的不同,正如我們在遺跡之中也不會感到時間過得比外面快還是慢,只有兩者相遇之后,他們的相對時間比較才有意義。”

萊納解釋完這些,便開始

令遠離的光點折返。

“問題就出在折返的過程中,各位閣下,從靜鐘的視角來看,動鐘也在做勻速運動,但從動鐘的視角來看,靜鐘在瞬間從自己的后方,移動到了自己的前方,類似于做了一個一百八十度的半圓周運動,而這個運動,是超越光速的。”

“超越光速?”

布羅利奧古斯汀默然思索,萊納的話語似乎矛盾重重,卻又隱含了一些他并未明說的事實。

“當然,這個超越光速的行為并沒有任何信息的傳遞,換句話來說,倘若動鐘能夠看到無限遠距離的事物,它在轉身的這一刻,前方是看不到靜鐘存在的,準確來說,靜鐘雖然存在,卻不在動鐘此刻的光錐之內。”

萊納的話語引起了波瀾,這是高階法師們從未設想過的情況,比起尺縮效應和時間膨脹效應,萊納所說的這個現象更加匪夷所思。

“我們定義一個粒子在時空中經過的軌跡為它的世界線,世界線記錄了這個粒子從過去到未來的所有位置,這個位置的范圍,我將其稱為光錐,光錐的范圍由光速決定,物體無法超越光速,只有位于光錐之內的事物,才會對物體產生影響。”

萊納提出了一個概念,同時在半空中,一個光點在坐標軸上蜿蜒曲折前進,構成了一個錐形。

“對于動鐘,在遠離的過程中,它會觀察到靜鐘的時間變慢,在掉頭的一瞬間,靜鐘的時間突然加速,在返回的過程中,靜鐘的時間又繼續變慢,直至雙方相遇,這個時候,動鐘走過的時間仍然小于靜鐘走過的時間,也就是說,飛上天空的阿爾,最終相遇的時候會比貝塔更加年輕。”

說完,萊納演示了一下自己的話語所代表的現象,他在一個坐標軸中描繪出了兩條線,一條與縱軸重合,一條則是斜線,在坐標軸上還有兩條雙曲線,坐標軸的橫軸代表的是空間,而縱軸,則是時間乘以光速的。

“這個現象出現的原因,追其根本,便是動鐘與靜鐘處在不同的世界線中,在這個坐標系中,動鐘代表的是斜線,而靜鐘則是直線,不同的世界線中的時鐘,并不能經過簡單的坐標系變換而等價。”

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