在中國古代傳說里,就有時光機的故事了,唐代詩人劉禹錫在《酬樂天揚州初逢席上見贈》一詩中寫道“懷舊空吟聞笛賦,到鄉(xiāng)翻似爛柯人”就是一例:晉代一個叫王質的圍棋愛好者,一日進山砍柴,路遇兩個小孩下棋。他駐足一看,原來竟是高手博弈。一直看到棋局終了,王質才想起砍柴任務。然而,他卻發(fā)現手中斧頭的木柄已經腐爛,只得提起斧頭下山回家。到村子里,他才發(fā)現,一百年已經過去了,他的親朋好友均已壽終正寢。
法國物理學家朗之萬曾經在1911年提出了一個叫“雙生子佯謬”的思想實驗:一對雙胞胎兄弟,哥哥要以亞光速(介于90%光速與光速之間)離開地球在宇宙中旅行,而弟弟則留在地球上。一段時間后,哥哥返回地球,哥哥和弟弟誰更年輕?
朗之萬的本意是要拿雙生子佯謬質疑“運動物體存在時間膨脹效應”,這是愛因斯坦狹義相對論中的一個推論,描述的是當物體以接近光速運動時,時間會膨脹,也就是時鐘會變慢。
朗之萬的推理是:按照狹義相對論中的“時間膨脹效應”或者“鐘慢效應”來詮釋,哥哥應該更年輕。因為速度越快,時間就越慢。哥哥以亞光速飛行,時間自然就會變慢。然而,由于速度是相對的,從哥哥的角度看,弟弟同樣在亞光速飛行。那么,弟弟的時間也會變慢,因此弟弟更年輕。在兄弟倆的眼中,都是對方更年輕。這看起來是荒謬的,所以朗之萬將這個思想實驗加以“佯謬”兩個字。實際上,真的這樣荒謬嗎?
愛因斯坦的回答是:哥哥更年輕。因為哥哥在宇宙中以亞光速旅行,時間流逝得更慢。在哥哥旅行返回時,地球上的弟弟經歷了更多的時間流逝,顯得更老一些。最后的論證結果,今天大家都知道了,愛因斯坦是正確的。
雙生子佯謬給我們最大的啟示就是時間不再是絕對的。之前,我們認為時間是絕對的,是因為我們所在的地球近似慣性參照系。慣性參照系是指靜止或者勻速直線運動的特定空間。所有的慣性參照系都是等價的。因此,當我們從一個慣性參照系到另一個慣性參照系的時候,時間不會發(fā)生變化,這就讓我們誤以為時間是永恒的、絕對的。慣性參照系也是牛頓的“運動三定律”成立的前提。