特殊相对论如何运作

臭名昭著的双胞胎悖论

由于SR规定，两个不同的观察者都有相等的权利来查看事件相对于他们的参考框架，因此我们来到了许多不太明显的悖论。有了一点耐心，大多数悖论都可以证明具有逻辑答案，这些答案与预测的SR结果和观察到的结果一致。让我们看一下这些悖论中最著名的 - 双胞胎悖论。

假设两个双胞胎约翰和亨特在地球上彼此共享相同的参考框架。约翰坐在飞船上，亨特站在地上。每个双胞胎都具有与现在同步的相同手表。同步后，约翰爆炸并以光速的60％速度速度。当约翰旅行时，两个双胞胎都有权利将对方视为经历相对论效应（长度收缩和时间扩张）。为了简单起见，我们将假设它们具有测量这些效果的准确方法。如果约翰永远不会回来，就永远不会回答谁真正经历了效果的问题。但是，如果约翰确实转身返回地球，会发生什么呢？双方都同意约翰的年龄比亨特的年龄要慢，因此约翰的时间比亨特慢。为了证明这一点，他们要做的就是看手表。 John's watch will show that it took less time for him to go and return than Hunter's watch shows. As Hunter stood there waiting, time passed faster for him than it did for John. Why is this the case if both were traveling at 60% the speed of light with respect to one another?

要理解的第一个点是，SR中的加速度有些棘手（在爱因斯坦的一般相对论 - GR中实际上更好地处理了它）。我并不是要说SR无法处理加速度，因为它可以。在SR中，您可以用局部“共同移动”惯性框架来描述加速度。这使得SR可以将所有运动视为均匀，这意味着恒定速度（非加速度）。第二点是SR是“特殊”理论。这样，我的意思是它适用于没有重力的情况，因此时空是平坦的。在GR中，爱因斯坦统一了加速度和重力，因此实际上我以前的陈述是多余的。无论如何，SR缺乏重力就是为什么它被称为“特殊相对论”的原因。现在，回到悖论……虽然两者都认为对方的缩小和放慢速度，但实际上经历了加速以达到高速的人是年龄较小的人。如果您深入研究SR的世界，您会意识到，重要的不是真正重要的加速度。 it's the change of frame. Until John and Hunter returned to a frame of reference where their relative motion was zero (where they are standing beside each other) they would always disagree with what the other said he saw. As strange as this seems, there really isn't a conflict - both did observe that the other was experiencing the relativistic effects. One technique that is used to show the dynamics of the Twin Paradox is a concept is called the Relativistic Doppler Effect.

我们将在下一节中查看多普勒效应。