在中國古代傳說里,就有時(shí)光機(jī)的故事了,唐代詩人劉禹錫在《酬樂天揚(yáng)州初逢席上見贈(zèng)》一詩中寫道“懷舊空吟聞笛賦,到鄉(xiāng)翻似爛柯人”就是一例:晉代一個(gè)叫王質(zhì)的圍棋愛好者,一日進(jìn)山砍柴,路遇兩個(gè)小孩下棋。他駐足一看,原來竟是高手博弈。一直看到棋局終了,王質(zhì)才想起砍柴任務(wù)。然而,他卻發(fā)現(xiàn)手中斧頭的木柄已經(jīng)腐爛,只得提起斧頭下山回家。到村子里,他才發(fā)現(xiàn),一百年已經(jīng)過去了,他的親朋好友均已壽終正寢。
法國物理學(xué)家朗之萬曾經(jīng)在1911年提出了一個(gè)叫“雙生子佯謬”的思想實(shí)驗(yàn):一對(duì)雙胞胎兄弟,哥哥要以亞光速(介于90%光速與光速之間)離開地球在宇宙中旅行,而弟弟則留在地球上。一段時(shí)間后,哥哥返回地球,哥哥和弟弟誰更年輕?
朗之萬的本意是要拿雙生子佯謬質(zhì)疑“運(yùn)動(dòng)物體存在時(shí)間膨脹效應(yīng)”,這是愛因斯坦狹義相對(duì)論中的一個(gè)推論,描述的是當(dāng)物體以接近光速運(yùn)動(dòng)時(shí),時(shí)間會(huì)膨脹,也就是時(shí)鐘會(huì)變慢。
朗之萬的推理是:按照狹義相對(duì)論中的“時(shí)間膨脹效應(yīng)”或者“鐘慢效應(yīng)”來詮釋,哥哥應(yīng)該更年輕。因?yàn)樗俣仍娇欤瑫r(shí)間就越慢。哥哥以亞光速飛行,時(shí)間自然就會(huì)變慢。然而,由于速度是相對(duì)的,從哥哥的角度看,弟弟同樣在亞光速飛行。那么,弟弟的時(shí)間也會(huì)變慢,因此弟弟更年輕。在兄弟倆的眼中,都是對(duì)方更年輕。這看起來是荒謬的,所以朗之萬將這個(gè)思想實(shí)驗(yàn)加以“佯謬”兩個(gè)字。實(shí)際上,真的這樣荒謬嗎?
愛因斯坦的回答是:哥哥更年輕。因?yàn)楦绺缭谟钪嬷幸詠喒馑俾眯校瑫r(shí)間流逝得更慢。在哥哥旅行返回時(shí),地球上的弟弟經(jīng)歷了更多的時(shí)間流逝,顯得更老一些。最后的論證結(jié)果,今天大家都知道了,愛因斯坦是正確的。
雙生子佯謬給我們最大的啟示就是時(shí)間不再是絕對(duì)的。之前,我們認(rèn)為時(shí)間是絕對(duì)的,是因?yàn)槲覀兯诘牡厍蚪茟T性參照系。慣性參照系是指靜止或者勻速直線運(yùn)動(dòng)的特定空間。所有的慣性參照系都是等價(jià)的。因此,當(dāng)我們從一個(gè)慣性參照系到另一個(gè)慣性參照系的時(shí)候,時(shí)間不會(huì)發(fā)生變化,這就讓我們誤以為時(shí)間是永恒的、絕對(duì)的。慣性參照系也是牛頓的“運(yùn)動(dòng)三定律”成立的前提。