雙生子弔詭

雙生子弔詭 (Twin Paradox)
國立臺中女子高級中學物理科陳正昇老師/國立彰化師範大學物理學系吳仲卿教授責任編輯

雙生子弔詭是物理學中一個與狹義相對論有關的想像實驗，它的內容是：雙胞胎其中的一人乘坐非常高速的太空船進行了一趟太空旅程之後回到地球，他將赫然發現另一位停留在地球上的雙胞胎將會比他衰老許多。

這個結果乍看之下之所以令人不解，是因為從相對運動的觀點來看，這兩位雙胞胎的任何一位都會認為對方進行了一趟高速的太空之旅，因此根據狹義相對論時間膨脹的觀念，這兩位雙胞胎的任何一位都會覺得對方衰老的比較慢，他們兩者是彼此對稱的觀察者。

因此從相對運動的觀點是絕對不可能得到有一位雙生子會比另一位來得年輕的結論，因此這個想像實驗才會被稱為是一個弔詭 (paradox)。但是，事實上，這個思想實驗並沒有任何矛盾與衝突，我們可以用狹義相對論完美地解釋此思想實驗，在真實的世界中我們已經可以用飛行器搭載高精密的時鐘驗證這個結論。

從1911年法國的保羅·朗之萬 (Paul Langevin)開始，就有好幾個試圖去解釋這個弔詭根本不成立的說法，這些說法的基本觀念都是：因為根本沒有所謂的對稱的觀察者，所以當然也就沒有任何矛盾與衝突。因為這對雙胞胎其中之一要先加速離開地球，然後減速到靜止，然後再逆向返航，而在地球上的另一位則一直是處在靜止狀態（忽略地球的運轉效應），因此他們兩個是可以區分的兩位觀察者。

後來在1913年德國的馬克斯·馮·勞厄 (Max von Laue)提出另外一個看法，他認為太空船的加速與減速並不是造成這個效應最重要的原因，造成這一對雙胞胎不對稱的老化現象最主要的原因，應該是進行高速太空旅行的那一位雙生子使用了兩個分離的座標系，而在地球上的那一位則始終在同一個座標系上。使用閔可夫斯基(Hermann Minkowski)的四維時空的關係式，勞厄接著表明等速度移動物體的世界線會極大化兩事件之間的固有時。

參考資料
http://en.wikipedia.org/wiki/Twin_paradox