双生子佯谬(彻底搞懂双生子佯谬之前需要了解的东西（上）)

双生子佯谬
上周正式组建了长尾科技的社群（详见上篇文章《关于创建“长尾科技社群”的邀请函》），社群让大家之间的沟通变得更加简单直接有效，大家在群里的问题我也基本都会看都会回答。然后，我就发现的我的文章不能再那样一直写下去了。
 
原本我的计划是写三个大的系列：相对论前传、相对论正传和相对论后传。其中前传主要讲相对论发现之前爱因斯坦的思想和性格的形成，想让大家清楚的知道爱因斯坦能提出相对论绝非意外，里面会重点分析爱因斯坦哲学思想的形成，以及一些经历和教育对他思想性格的影响。
 
科学讲究有理有据，相对论的知识虽然重要，但是爱因斯坦为什么会发现这些知识，以及他发现这些知识的方法我认为更加的重要。别人研究相对论，我们先研究为什么爱因斯坦能发现相对论，这个想想还是蛮有意思的。
 
相对论正传部分就是讲狭义和广义相对论。相对论后传讲相对论之后的统一场论，以及后来的物理学家们在爱因斯坦去世以后是如何继续爱因斯坦的工作的。
 
这个想法是很好，我就按照我的计划慢慢写就是了，以前偶尔有人在公众号留言区说能不能仔细讲下啥啥啥，我就说以后会说的。之前留言的人也不多，所以这也不算什么严重问题，但是，建了社群以后这样直接问的人就多了，还有的直接私信来说，这样就不能再都那样回复了。
 
我想了想，也是，虽然我个人觉得相对论前传的那些东西非常的重要有价值，但是毕竟还是很多人是冲着你科普相对论的基本知识过来的，他们现在最想搞清楚的就是相对论那些反常识现象背后的原理。我总不能对读者的提问和要求都完全置之不理，或者用一个“以后会说的”打发他们吧？~
 
所以，我决定以后的文章分两部分：一部分依然按照我自己原来的思路写相对论的前传、正传和后传，另一部分用来写大家比较关注的，在社群里集中讨论的问题，或者提问次数较多的问题。
 
双生子佯谬就是这样一个被点名了很多次的问题，就拿它先开刀吧。但是，为了把双生子佯谬彻底搞清楚，有一些东西是要提前了解一下的，我就在这篇文章里说一下。
 
双生子佯谬的由来
爱因斯坦在1905提出了狭义相对论，6年后的1911年，法国物理学家郎之万在意大利召开博洛尼亚大学召开的第四届世界哲学大会上提出了这么个问题：假设有一对双胞胎兄弟，弟弟呆在地球上不动，哥哥开着接近光速的飞船去宇宙里浪了一圈再回来。按照狭义相对论，运动的物体时间过得更慢，所以从地球上来看，显然是高速运动的哥哥时间过得更慢，那么等哥哥回到地球的时候，哥哥应该比弟弟更年轻。

 但是，相对论又认为运动是相对的，弟弟认为哥哥驾着飞船在做高速运动，那么以哥哥的飞船为参考系，地球同样是在以高速运动远离飞船，那么在哥哥眼里，地球才是那个高速运动的物体，所以在地球的弟弟的时间应该过得更慢，那么等他回到地球的时候，弟弟应该比他更年轻好多。
 
那么问题来了：等到哥哥返回地球的时候，弟弟觉得哥哥应该更年轻，哥哥觉得弟弟应该更年轻，那么到底谁更年轻？这就是著名的双生子佯谬问题。
 
佯谬就是看起来是错误的，但实际上并没有矛盾的东西。关于双生子佯谬的详细分析我在下篇文章会给出，这篇文章会提点不一样的东西。
 
世界哲学大会
不知道大家注意到双生子佯谬被提出的时间地点场合没有，没错，这个问题是1911在意大利博洛尼亚大学召开的第四届世界哲学大会被提出来的。是世界哲学大会，而不是什么物理学大会，也不是在什么物理学的期刊杂志，这个好像有那么点意思。
 
世界哲学大会是人类在哲学领域的顶级盛会，被称为在哲学中反映时代精神之最。双生子佯谬在这样的会议里被提出，也能反映出相对论的另类影响力。
 
诚然，每个领域都有一些自己的国际性会议，这样没啥奇怪的，我把这个事单独拎出来主要是因为下面这个事：1900年，第一届世界哲学大会在法国巴黎召开，现在基本上是五年一次（逢3、8开会），上一届，也就是23届世界哲学大会在希腊雅典召开，所以，按照五年一次的惯例，今年2018年刚好召开第24届世界哲学大会。那么，大家猜猜2018年的世界哲学大会将在哪里召开？
 
有人说答案肯定是中国，不然你废话这么一大堆不怕被唾沫淹死啊~
 
没错，第24届世界哲学大会将于2018年8月13日-20日在北京大学召开，也就是大半个月后。这也首次在中国召开，中文也是从上一届开始才被确定为世界哲学大会的六种工作语言之一（其余五个为英法德西俄），感兴趣的可以关注一下。
 
解决双生子佯谬需要广义相对论么？
答案是不需要，这个问题在狭义相对论的框架内就可以得到解决。
 
很多人多多少少都知道双生子佯谬的关键就是那个加速减速的过程，而狭义相对论针对的是惯性系，所以有些人认为双生子佯谬涉及加速度，所以必须用广义相对论来解决。
 
解决双生子佯谬的关键确实是在那个加速减速的过程里，但是，除非是你想搞清楚它加速减速每个时刻的过程（这时候必须用广义相对论），否则，这原本就是一个狭义相对论的问题。
 
为什么双生子佯谬会成为一个大问题？
这个小标题可能让很多人看得有点懵，这叫什么问题？长尾说这话是想表达啥？
 
这个问题是1911年提出来的，这问题那时候让哲学家物理学家们抓狂一下也就罢了，但是100年都过去了，这个问题还这么让人抓狂就有点不正常了。
 
这个问题在真正学习狭义相对论的人眼里，压根就不是一个问题，而是一个非常简单的事实，但是为什么这样一个问题会被搞得这么复杂？
 
不知道大家对狭义相对论有什么概念，或者说什么是狭义相对论？
 
梁灿彬教授在他的经典书籍《微分几何入门与广义相对论》第六章的6.1.2节里对狭义相对论下了一个定义：狭义相对论物理学是研究物理客体在闵氏时空中演化规律的学问。
 
这里提到了狭义相对论的关键：闵氏时空，闵氏指的是爱因斯坦的大学老师闵可夫斯基。闵氏时空是狭义相对论的背景时空，它是一个四维的时空（不是三维空间+一维时间，就是新的四维时空，闵氏时空的具体情况后面会说）。
 
如果我们在闵氏时空里考虑双生子佯谬的问题，那这个问题就简单到：留在地球的弟弟在闵氏时空的轨迹是一条直线，飞行的哥哥在闵氏时空的轨迹是一条曲线，而在闵氏时空里，直线是耗时最长的那个，所以哥哥比弟弟年轻，就这么简单。
 
狭义相对论的背景是闵氏时空，如果我们把问题从普通的三维空间搬到四维闵氏时空里，狭义相对论里那些看起来非常玄乎的的东西都会变得异常简单，因为它本来就这么简单（相对广义相对论来说简直简单的不要不要的）。              
 
但是我们的教科书在讲狭义相对论的时候几乎都不提闵氏时空，放着狭义相对论的标准时空不用，非要从三维空间里去理解它，所以就搞出了一堆玄乎的东西出来。
 
不过，我后面讲双生子佯谬，还是会先从普通三维空间去解释（谁让大家都吃这口呢），然后再从闵氏时空来解释，让大家对这个问题，对狭义相对论都能有更深刻的认识。
 
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