5-2時間膨脹與弔詭

1.時間膨脹

「時間膨脹」是本篇主題之一，說明時間不僅會迴轉，且還有所謂的「膨脹效應」。你可以吹一顆非常非常大的氣球看看，並將一只鐘錶放入氣球中、另一只錶自己帶著(兩者鐘錶時間必定要相同)，你會發現吹氣球的同時，氣球內的鐘錶流動的速率較快(也許只有些微的差異)，其原因就是因為：所有物體皆會產生重力(包含氣球)，吹的氣球越大，重力在氣球表面也會被「沖淡」，當重力漸漸失去時、時間故而也會不受重力阻礙而流動的快；相反的，假若氣球小，則表面重力會集中，氣球內的鐘錶則會變得較慢(恢復原時間)。因此，這變證明了時間膨脹效應。

此外，時間膨脹因子也會影響勞倫茲收縮，詳見下表：

光速倍數(u/c)	時間膨脹因子
0.9	2.29
0.99	7.08
0.999	22.36
0.9999	70.71
0.99999	223.60
0.999999	707.10

 



 

※高度與時間膨脹效應: 重力使時間膨脹，而高度也是決定重力的關鍵。當高度越高，重力就越小；反之，當高度越低，重力則越大。如此，我們可以將時鐘分別放在聖母峰頂端及撒哈拉盆地測試，將會發現：在聖母峰頂的鐘錶時間較在大沙漠得快，時間流動得快，也象徵人衰老得快，因此，我們即可推論： 生活在高處的人較生活於平地的人衰老得快。 而當「高度愈高，重力愈小」的理論出來，那麼，如果我們旅居在外太空這種重力薄弱的地帶，豈不是衰老得極快嗎？沒錯，這將延伸出以下所談的「孿生子弔詭」。

 

 

2.孿生子弔詭

「孿生子弔詭」又稱為「雙生子佯謬」，是時間膨脹效應引申出的弔詭問題。假設有一對孿生(雙胞胎)兄弟或姊妹，一位登上宇宙飛船作長程的太空旅行，而另一個則留在地球，而旅行者(假設是兄長或姐姐)由於「重力時間膨脹」的作用，當回到地球時，會發現自己比留在地球的另一位兄弟(假設是弟弟或妹妹)年輕。但此理論矛盾之處是：如果旅行者換成弟妹，那麼住在地球上的兄姊還是比他們老；或者是該對孿生兄弟姊妹的年齡，是可以藉著求時空間隔在他們任何一個慣性系中所行走的時空路徑（世界線）上精準計算出來的。

 

 

 

「莎莉和山姆是一對孿生子。他們決定測試愛因斯坦的理論。莎莉在2001年登上火箭，以99%光速飛向10光年之外的恆星，山姆則待在家裏。當莎莉抵達目的地時，立即掉頭，並以相同的速度返回地球。以山姆來看，這趟旅程的時間長短大約為地球上20年。對莎莉來說，這趟旅程還不到3年，所以當她回到地球時，她發現時間已變為2021年，而山姆比她老了17歲。或者說莎莉已經被送到山姆17年後的未來……」