时刻消逝的快慢对任何一个人都是相同的吗？相对论告知咱们，速度越快，时刻消逝得就越慢。
撰文 | 罗纳德·C·拉斯基（Ronald C. Lasky）
翻译 | 杜立配
时刻消逝的快慢会因一个物体相关于另一个物体的运动速度不同而改动，这一观念必定算得上爱因斯坦最为深入的思维之一。“时刻延缓”（time dilation）这个名词描绘的就是运动导致时刻变慢这一效应。为了说明时刻延缓效应，爱因斯坦提出了一个比如，即双生子佯谬，这可能是相对论中最闻名的思维试验。在这个设想的佯谬中，双胞胎兄弟之一以挨近光速的速率游览到一个很远的恒星并回来地球。依照相对论，当他回到地球，他会比自己的双胞胎兄弟更为年青。
这个佯谬的中心在于“为什么去游览的兄弟会更年青”这样的一个问题。狭义相对论告知咱们，当一座时钟以很高的速率经过调查者时，它看起来会走得更慢，也就是说它阅历了时刻延缓。依据狭义相对论，已然一切运动都是相对的，那么在游览到另一个恒星的兄弟的眼中，留在地球上的兄弟的时钟莫非不是相同走得更慢吗？假如是这样的话，莫非他们不应该仍然是相同的年岁吗？
许多书里都对这个佯谬进行了讨论，可是只要很少的书真实给出了回答。一般，书本里的解说都会说感受到加快度的那个人最终才会更年青；因而，游览去另一个恒星的兄弟更年青。尽管这个结论是对的，可是这个解说却具有误导性。一些人可能会过错地假定是加快度导致了年纪的不同，因而只要凭借爱因斯坦处理非惯性系（即具有加快度的参考系）的广义相对论才干解说这个佯谬。而事实上，游览者所阅历的加快进程仅仅顺便的，这个佯谬在狭义相对论的结构里就能够取得很好的解说。
一场绵长而怪异的游览
让咱们假定有一对寓居于新罕布什尔州汉诺威小镇的双胞胎，咱们别离称之为游览者和留守者。尽管他们对游览的爱好不同很大，可是他们却有一个共同爱好——制作一艘以0.6倍光速（0.6 c）飞翔的航天器。在花费数年制作这艘航天器之后，他们总算能够将它发射出去了。这艘航天器由游览者操作，飞往6光年以外的一颗恒星。
飞船会很快加快到0.6c。假如以两个g（约19.6m/s2）的加快度飞翔，抵达这个速度大约需求一百多天。两个g的加快度也就是地球表面重力加快度的两倍，这差不多是人在坐过山车经过一个急转弯时感受到的加快度。可是，假如游览者是一个电子的话，他能够在远小于一秒的时刻内敏捷加快到0.6c。也就是说，抵达0.6c所需求的加快时刻并不是问题的要点地点。
游览者需使用狭义相对论的尺缩效应公式来丈量间隔，所以间隔留守者6光年远的恒星关于以0.6c飞翔的游览者而言只要4.8光年。因而，留守者算出游览者到这颗恒星的游览需花费10年的时刻（6.0/0.6），而关于游览者而言却只花费8年（4.8/0.6）。为了处理这个双生子佯谬，咱们应该考虑在整个游览中，这对双胞胎眼中的自己与对方的时钟读数是怎样的。咱们假定他们二人均有一架十分强壮的望远镜能够观测到对方的时钟，出人意料的是，假如咱们把目光放在光在兄弟二人之间传达需求的时刻上，佯谬就能够取得很好的解说。
当游览者脱离地球前往那个恒星时，游览者与留守者均将各自的时钟设定为零时刻。当游览者抵达恒星时，其时钟显现为8年。可是，在留守者看来，当游览者抵达恒星时，自己的时钟显现为16年。为何是16年？由于关于留守者而言，飞船抵达恒星的进程花费10年，而标明游览者抵达那颗恒星的光线还需求再经过6年才干传回地球然后被自己调查到。由此可知，经过留守者的望远镜调查，游览者时钟的工作速度看起来是自己时钟的一半（8/16）。
当游览者抵达恒星时，他看到自己的时钟是如上所述的8年，可是他此刻看到的留守者时钟的读数其实是它6年前的读数（6年是光从地球传达到恒星所用的时刻），换句话说，留守者时钟的读数也就是4年（10减去6）。因而，在游览者看来，留守者的时钟也是依照自己时钟速度的一半在工作（4/8）。
时刻消逝关于双胞胎来说不尽相同：其间游览者以挨近光速的速率在地球和一颗很远的恒星间进行一次往复游览，而留守者在地球等候游览者的归来。在每个事情发作的时刻，即游览者动身、抵达恒星以及回来地球时，游览者与留守者对游览者时钟读数的观点是共同的，但他们对留守者时钟读数的观点是不共同的。
从孪生到年青
在回来进程中，留守者看到游览者的时钟在4年的时刻里就从8年变为16年，由于当他看到游览者脱离恒星时自己的时钟指向16年，而当游览者回来地球时，自己的时钟是20年。因而，留守者看到游览者的时钟在自己的4年时刻里走过了8年；现在游览者时钟的工作速度变成自己的两倍了。
当游览者回到家中，他看到留守者的时钟在自己的8年时刻里从4年变成了20年。因而，他也感觉自己留守兄弟的时钟的工作速度变成了自己的两倍。可是他们却共同同意，在游览结束时，游览者的时钟读数为16年而留守者的为20年。因而，游览者比留守者年青了4岁。
在以挨近光速的速率完结长达20年的往复游览后，由于多普勒时刻延缓，游览者将比他的双胞胎兄弟年青4岁。在动身并抵达恒星的去程中，游览者将花费8年的时刻（黄线）。当他回望地球，他看到留守者的时钟只走过了4年（绿线）。可是，当留守者看到游览者抵达恒星时，他自己的时钟现已走过了16年（蓝线）。当游览者返程回到地球（红线）时，他们共同同意留守者的时钟显现20年，而游览者的时钟显现16年。因而，游览者年青了4岁。（橘色线显现了光在这20年里是怎么传达的。）
这个佯谬中的不对称在于游览者脱离了地球这个参考系然后又回来，而留守者却从未脱离这个参考系。别的一个不对称在于，在每个事情发作的时刻，游览者与留守者关于游览者时钟读数的观点是共同的，而他们对留守者时钟读数的观点是不共同的。因而，其实就是游览者的行为决议了每个事情的发作时刻。
多普勒效应加上相对论能够从数学上具体解说每个时刻的时刻不同效应。读者也应该能注意到，观测到一个时钟的工作速度快慢取决于它是朝向调查者运动仍是违背调查者运动。
最终应该指出，现在双生子佯谬已不单单是个理论，由于它的基本原理现已得到试验的充沛证明。其间一个试验就是μ子衰变寿数证明了时刻延缓的存在：停止μ子的寿数约为2.2微秒，而当它们以0.9994c的速率运动时，其寿数会延长到63.5微秒，这与狭义相对论的预言是共同的。别的，以不同速率运送原子钟的试验成果也验证了狭义相对论及双生子佯谬。例如，在1971年闻名的哈费勒－基廷（Hafele-Keating）试验中，研究人员将铯原子钟放置在商业客机上进行盘绕地球的飞翔，一次朝东飞翔一次朝西飞翔，最终再将它们的时刻与静置在美国海军天文台的钟进行比照，成果与狭义相对论的核算相符合。
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