讀古今文學網 > 時間的形狀 > 四個搞腦子問題 >

四個搞腦子問題

寫到這裡,本章的內容即將結束。如果你此時的感覺是:「狹義相對論原來也並不難懂嘛,我基本上都看明白了。」那是筆者莫大的榮幸;如果你此時的感覺仍然是不明所以,一頭霧水,那也一定不是你的問題,是我的問題。但是,我想問前一類讀者:你真的明白了嗎?抱歉,我馬上要給你一點小小的打擊了,你以為你全都明白了,其實也許並非如此,讓我來問你這麼幾個問題,請你思考一下:

第一個問題:

想像一下,愛因斯坦和哈勒各自駕駛著一艘同一型號的宇宙飛船,在黑漆漆的太空相遇。在愛因斯坦的眼中,哈勒的飛船開始是一個小亮點,然後越來越大,最後以高速從他身邊飛過,一轉眼就不見了。愛因斯坦心裡想,根據狹義相對論的時間膨脹和空間收縮效應,哈勒的時間過得比我慢,哈勒的飛船相對我的飛船縮小了。但是,讓我們跑到哈勒那裡,在剛才那起相遇事件中,哈勒看到愛因斯坦的飛船開始是一個小亮點,然後越來越大,最後以高速從他身邊飛過,一轉眼就不見了。哈勒心裡也在想,根據狹義相對論的時間膨脹和空間收縮效應,愛因斯坦的時間過得比我慢,愛因斯坦的飛船相對我的飛船縮小了。親愛的讀者,請問,他們到底誰比誰的時間變慢了?誰比誰的飛船縮小了?

第二個問題:

想像一下,你即將坐上一艘亞光速飛船,告別地球上的雙胞胎弟弟去太空旅行,當你弟弟看到你的飛船瞬間衝上雲霄,一下子就飛得不見蹤影時,他在心裡想,等哥哥回來的時候,我就比他老了,哥哥會比我顯得更年輕。可是,你在飛船上可不一定這麼想,對於你的感覺來說,你覺得是地球載著你的弟弟突然飛離你而去了。你越想越覺得有道理,所以感慨道:「等我再見到弟弟的時候,我就更老了。」親愛的讀者,你覺得你們見面的時候,你到底是變得更年輕了,還是更老了?(雙生子佯謬)

第三個問題:

洛倫茲開著一輛亞光速飛車正在平坦的北極冰面上飛馳,他越開越快,真是爽極了。突然,車載雷達顯示,前方有冰面出現了一道裂縫,裂縫的寬度剛好和飛車一樣寬,情況十分緊急,到底要不要剎車?洛倫茲突然想到,啊哈,那個裂縫正相對我做著高速運動,它會在運動方向上收縮,於是會小於我的車長,我應該能順利地衝過去。這麼一想,洛倫茲心裡一寬,反而踩下了油門加快速度。可是馬上就要到裂縫時,一個念頭突然冒出來,他嚇呆了:如果裂縫裡有一個人,從他的眼裡看來,我正在朝他飛速運動,因此我的車子在運動方向上會收縮,我會更容易一頭跌入冰縫,天哪,得趕緊剎車!可是此時已經來不及了。親愛的讀者,請問倒霉的洛倫茲先生到底有沒有掉入那個冰縫中呢?(長棍佯謬)

第四個問題:

龐加萊先生正指揮著一艘潛水艇在大西洋中游弋,海裡的景色真是美不勝收,看上去比數學公式要有趣得多。突然,一陣淒厲的警報聲把龐加萊的思緒拉回現實。中士慌慌張張地跑來報告說一個不明物體擊中了潛水艇,撞壞了深度控制箱,潛水艇正在下沉,情況危急。龐加萊不愧是久經考驗的大師級人物,臨危不亂,他想:只要我加快潛水艇的前進速度,那麼對面的海水就會相對潛水艇做高速運動,根據狹義相對論的質速公式,海水的質量會增加,那麼密度就會增加,浮力就會增大,我們的潛水艇就能順利上浮了。當龐加萊正要發出以亞光速加速前進的指令時,他突然又想:哎喲不對,一加速,在海水看來,潛水艇的質量就增大了,我豈不是下沉得更快?龐加萊這時也無法保持鎮定了,看著全體艇員焦灼的目光,大顆汗水從額角落下。親愛的讀者,請問可憐的龐加萊先生到底該不該下達加速前進的命令?(潛水艇佯謬)

問題問完了。

請原諒我,你本來已經清楚的頭腦,突然一下子又墜入深淵,你忍不住火冒三丈,這該死的相對論到底該相對誰啊!

請息怒,我親愛的讀者,你一點都不需要感到鬱悶,這些問題不但困擾你,同樣也曾經困擾著比我們聰明十倍的大科學家們,那個雙胞胎到底孰老孰少的問題也曾經引發過全世界範圍的大討論。

要搞清這些問題,不是我三言兩語就能說得清的。請你繫好安全帶,我們的旅程才剛剛過半,更刺激、更驚險、更不可思議的故事和風景還在前面等著我們。猶豫什麼,這就跟我繼續出發吧!