徹底搞懂雙生子佯謬之前需要了解的東西（上）

上周正式組建了長尾科技的社群（詳見上篇文章《關於創建「長尾科技社群」的邀請函》），社群讓大家之間的溝通變得更加簡單直接有效，大家在群里的問題我也基本都會看都會回答。然後，我就發現的我的文章不能再那樣一直寫下去了。

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原本我的計劃是寫三個大的系列：相對論前傳、相對論正傳和相對論後傳。其中前傳主要講相對論發現之前愛因斯坦的思想和性格的形成，想讓大家清楚的知道愛因斯坦能提出相對論絕非意外，裡面會重點分析愛因斯坦哲學思想的形成，以及一些經歷和教育對他思想性格的影響。

科學講究有理有據，相對論的知識雖然重要，但是愛因斯坦為什麼會發現這些知識，以及他發現這些知識的方法我認為更加的重要。別人研究相對論，我們先研究為什麼愛因斯坦能發現相對論，這個想想還是蠻有意思的。

相對論正傳部分就是講狹義和廣義相對論。相對論後傳講相對論之後的統一場論，以及後來的物理學家們在愛因斯坦去世以後是如何繼續愛因斯坦的工作的。

這個想法是很好，我就按照我的計劃慢慢寫就是了，以前偶爾有人在公眾號留言區說能不能仔細講下啥啥啥，我就說以後會說的。之前留言的人也不多，所以這也不算什麼嚴重問題，但是，建了社群以後這樣直接問的人就多了，還有的直接私信來說，這樣就不能再都那樣回復了。

我想了想，也是，雖然我個人覺得相對論前傳的那些東西非常的重要有價值，但是畢竟還是很多人是沖著你科普相對論的基本知識過來的，他們現在最想搞清楚的就是相對論那些反常識現象背後的原理。我總不能對讀者的提問和要求都完全置之不理，或者用一個「以後會說的」打發他們吧？~

所以，我決定以後的文章分兩部分：一部分依然按照我自己原來的思路寫相對論的前傳、正傳和後傳，另一部分用來寫大家比較關注的，在社群里集中討論的問題，或者提問次數較多的問題。

雙生子佯謬就是這樣一個被點名了很多次的問題，就拿它先開刀吧。但是，為了把雙生子佯謬徹底搞清楚，有一些東西是要提前了解一下的，我就在這篇文章里說一下。

雙生子佯謬的由來

愛因斯坦在1905提出了狹義相對論，6年後的1911年，法國物理學家郎之萬在義大利召開博洛尼亞大學召開的第四屆世界哲學大會上提出了這麼個問題：假設有一對雙胞胎兄弟，弟弟呆在地球上不動，哥哥開著接近光速的飛船去宇宙里浪了一圈再回來。按照狹義相對論，運動的物體時間過得更慢，所以從地球上來看，顯然是高速運動的哥哥時間過得更慢，那麼等哥哥回到地球的時候，哥哥應該比弟弟更年輕。

但是，相對論又認為運動是相對的，弟弟認為哥哥駕著飛船在做高速運動，那麼以哥哥的飛船為參考系，地球同樣是在以高速運動遠離飛船，那麼在哥哥眼裡，地球才是那個高速運動的物體，所以在地球的弟弟的時間應該過得更慢，那麼等他回到地球的時候，弟弟應該比他更年輕好多。

那麼問題來了：等到哥哥返回地球的時候，弟弟覺得哥哥應該更年輕，哥哥覺得弟弟應該更年輕，那麼到底誰更年輕？這就是著名的雙生子佯謬問題。

佯謬就是看起來是錯誤的，但實際上並沒有矛盾的東西。關於雙生子佯謬的詳細分析我在下篇文章會給出，這篇文章會提點不一樣的東西。

世界哲學大會

不知道大家注意到雙生子佯謬被提出的時間地點場合沒有，沒錯，這個問題是1911在義大利博洛尼亞大學召開的第四屆世界哲學大會被提出來的。是世界哲學大會，而不是什麼物理學大會，也不是在什麼物理學的期刊雜誌，這個好像有那麼點意思。

世界哲學大會是人類在哲學領域的頂級盛會，被稱為在哲學中反映時代精神之最。雙生子佯謬在這樣的會議里被提出，也能反映出相對論的另類影響力。

誠然，每個領域都有一些自己的國際性會議，這樣沒啥奇怪的，我把這個事單獨拎出來主要是因為下面這個事：1900年，第一屆世界哲學大會在法國巴黎召開，現在基本上是五年一次（逢3、8開會），上一屆，也就是23屆世界哲學大會在希臘雅典召開，所以，按照五年一次的慣例，今年2018年剛好召開第24屆世界哲學大會。那麼，大家猜猜2018年的世界哲學大會將在哪裡召開？

有人說答案肯定是中國，不然你廢話這麼一大堆不怕被唾沫淹死啊~

沒錯，第24屆世界哲學大會將於2018年8月13日-20日在北京大學召開，也就是大半個月後。這也首次在中國召開，中文也是從上一屆開始才被確定為世界哲學大會的六種工作語言之一（其餘五個為英法德西俄），感興趣的可以關注一下。

解決雙生子佯謬需要廣義相對論么？

答案是不需要，這個問題在狹義相對論的框架內就可以得到解決。

很多人多多少少都知道雙生子佯謬的關鍵就是那個加速減速的過程，而狹義相對論針對的是慣性系，所以有些人認為雙生子佯謬涉及加速度，所以必須用廣義相對論來解決。

解決雙生子佯謬的關鍵確實是在那個加速減速的過程里，但是，除非是你想搞清楚它加速減速每個時刻的過程（這時候必須用廣義相對論），否則，這原本就是一個狹義相對論的問題。

為什麼雙生子佯謬會成為一個大問題？

這個小標題可能讓很多人看得有點懵，這叫什麼問題？長尾說這話是想表達啥？

這個問題是1911年提出來的，這問題那時候讓哲學家物理學家們抓狂一下也就罷了，但是100年都過去了，這個問題還這麼讓人抓狂就有點不正常了。

這個問題在真正學習狹義相對論的人眼裡，壓根就不是一個問題，而是一個非常簡單的事實，但是為什麼這樣一個問題會被搞得這麼複雜？

不知道大家對狹義相對論有什麼概念，或者說什麼是狹義相對論？

梁燦彬教授在他的經典書籍《微分幾何入門與廣義相對論》第六章的6.1.2節里對狹義相對論下了一個定義：狹義相對論物理學是研究物理客體在閔氏時空中演化規律的學問。

這裡提到了狹義相對論的關鍵：閔氏時空，閔氏指的是愛因斯坦的大學老師閔可夫斯基。閔氏時空是狹義相對論的背景時空，它是一個四維的時空（不是三維空間+一維時間，就是新的四維時空，閔氏時空的具體情況後面會說）。

如果我們在閔氏時空里考慮雙生子佯謬的問題，那這個問題就簡單到：留在地球的弟弟在閔氏時空的軌跡是一條直線，飛行的哥哥在閔氏時空的軌跡是一條曲線，而在閔氏時空里，直線是耗時最長的那個，所以哥哥比弟弟年輕，就這麼簡單。

狹義相對論的背景是閔氏時空，如果我們把問題從普通的三維空間搬到四維閔氏時空里，狹義相對論里那些看起來非常玄乎的的東西都會變得異常簡單，因為它本來就這麼簡單（相對廣義相對論來說簡直簡單的不要不要的）。

但是我們的教科書在講狹義相對論的時候幾乎都不提閔氏時空，放著狹義相對論的標準時空不用，非要從三維空間里去理解它，所以就搞出了一堆玄乎的東西出來。

不過，我後面講雙生子佯謬，還是會先從普通三維空間去解釋（誰讓大家都吃這口呢），然後再從閔氏時空來解釋，讓大家對這個問題，對狹義相對論都能有更深刻的認識。

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