征求解答：惯性系寿命佯谬

 

狭义相对论是二十世纪最伟大的科学家爱因斯坦于1905年,在普朗克主编的德国《物理学年鉴》上发表的著名论文“论动体的电动力学”中建立的伟大理论。在这篇论文中，爱因斯坦智慧地把相对性原理与光速不变原理这两条看起来似乎矛盾的设想放在一起作为基本出发点，通过一定的数学演绎后指导物理学攀登上了科学的高峰并获得了巨大的成功。今天狭义相对论已经成为近代物理学的重要基石，它的成就是上个世纪自然科学最伟大的发现之一，对物理学、天文学、哲学思想都有着极其深远的影响。

但是对狭义相对论的学习和理解并不是很容易的，总是会出现各种各样的偏差，因此质疑相对论的呼声从其一诞生就一直没有停止过。例如：在谷歌搜索中输入‘错误的相对论’结果竟然有37万之多，这还不包含其它类似关键词和其它语言的检索结果。对一个辉煌的科学理论的质疑和证伪的声音之高恐怕是前所未有的。许多质疑经物理学家的研究后发现都属于‘佯谬’，即由于学习者的理解问题而导致的狭义相对论假装错了，而实际上并没有任何错误。例如：双生子佯谬、潜水艇佯谬等等。为了更好地学习和理解狭义相对论，我们也把遇到的测量惯性系寿命的疑难问题总结出来，暂称之为“惯性系寿命佯谬”。诚征各位专家解答。

按照狭义相对论两个相对匀速运动的惯性系的标准模型，不带撇的静止系和带撇的运动系的x和x’轴保持重合，并以速度v相对匀速运动且膨胀因子γ=60，当两个系的时间t=t’=0时，两个坐标原点O与O’重合，设带撇的惯性系在t’=0时诞生，并令其x’轴各点同时地闪一次红光，目的是让不带撇的静止系方便地观测到它的诞生时间；进一步设带撇系的寿命是1分钟，并令t’=1分钟时其x’轴各点同时地闪一次绿光，同理可让不带撇的静止系方便地观测到它的死亡时间。带撇系的人都知道：带撇系的固有寿命就是1分钟。我们的问题是不带撇的静止系观测到运动的带撇惯性系的寿命是多少？

下面我们尝试用洛仑兹变换求解这个问题：

答案一、设张三位于不带撇系的原点用一个和不带撇系的时间t同步的时钟观测，他的时钟指示0时观测到红色闪光，他的时钟指示1秒时观测到绿色闪光，所以他的结论是运动的惯性系的寿命是1秒钟。

同样令李四位于不带撇系的原点右方（x大于0）某点也用一个和时间t同步的时钟观测，由于同时的相对性，李四不能和张三一样在他的时钟指示0时观测到红色闪光，而是和他的位置x有关，因此设在合适的x处他的时钟指示59分59秒时，他观测到带撇系的红色闪光，而当他的时钟指示60分钟时观测到绿色闪光，所以根据他自己的时钟差，他测量出运动的惯性系的寿命也是1秒钟。这和张三的结论是相同的。

答案二、可是当张三和李四一起处理数据时则出现问题了。为了体现协作精神，二人商定取张三看到红光的时间t=0作为带撇惯性系的诞生时间，用李四观测到绿光的时间t=60分作为带撇惯性系的消失时间，所以带撇惯性系的观测寿命为60分钟。这个结论也符合时间延缓的结论。

答案三、设计划让王五带一个和时间t同步的时钟去不带撇系x正方向很远很远的地方观测运动惯性系的寿命，王五用洛仑兹变换一算，又得到一个新的结论，当在不带撇系x轴所有的点都观测到t’=0时带撇系闪的红光后，不带撇系的t将花费从负无穷到正无穷的时间。换言之，带撇的惯性系诞生的瞬间，不带撇系的时间已从负无穷流逝到正无穷了，如何观测带撇系的寿命？所以王五认为张三和李四的结论都不对。正确的结论是不带撇系根本无法确定带撇系什么时间诞生的，更不可能知道什么时间消失，运动的带撇惯性系的寿命不可观测。

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