佯谬

基于理论的命题,推出和事实不符合的结果

佯谬(yáng miù)指的是基于一个理论的命题,推出了一个和事实不符合的结果。它在科学中是普遍存在的,并有区别于悖论这种逻辑矛盾。研究佯谬,可以增强科学认识能力,活跃思维,引导人们不断深入探讨自然界的奥秘。

双生子真谬
主要内容
双生子佯谬是这样的:假设有一对孪生兄弟,其中一个以接近光速运动一段时间后返回,他将会比他那个没有运动的兄弟看起来年轻一些。但实际上,从完全相对的角度上说,这个人在运动的时候,他的兄弟也相对他做同样的运动,那么究竟是哪一个更老些?或是一样老呢?
在相对论中每位观察者都具有自身的时间测度,这都会导致所谓的双生子佯谬。
双生子佯谬是狭义相对论中的一个最著名的佯谬。因为按照狭义相对论,在运动的物体中的时间会变慢,当运动达到光速时,时间就停止了。
技术分析
假设A和他的双胞胎兄弟B同时出生,现在A出发进行空间航行,飞船的速度接近光速(c),而B留在地球上,因为速度接近光速,所以在地球上的B看来,A的时间流逝的比较慢,这样在A返回的时候B将会觉得他比A衰老。然而,从A的角度看,B相对他做同样的运动, 从而会觉得他比B衰老。
这个结果似乎与狭义相对论矛盾:双生兄弟中的每一个人都认为对方相对于自己运动,因此由于时间膨胀的作用,每一个人都认为对方应该比自己年轻。狭义相对论指出所有观测者都有同等意义,没有任何一个参考系(frame of reference)是会获得优待的。因此旅行者会预期回到地球后会看见比他更年轻的双生兄弟,但这就与他兄弟的想法恰好相反。
但实际上旅行者的期望是错误的:狭义相对论并没有说所有观测者都有同等意义,而是只有在惯性系中的观测者(即没有进行加速运动的观测者)才有同等的意义。但宇宙飞船在旅途中亳无疑问是至少加速过一次的,我们知道运动是相对的,在地面上看来宇宙飞船加速的时候,在宇宙飞船上的人会认为自己没有动,而是看到的地面在加速离他远去!因此说不存在绝对的运动!所以旅行者是非惯性系,而地面上的人是惯性系(因为惯性系的定义是牛顿第二定律可以适用的参照系)。
有些人在解决这吊诡时会认为狭义相对论并不能够用于加速中的物体,而只可使用广义相对论,这是不正确的。举个例说,该对双生兄弟的年龄是可以借着求时空间隔(spacetime interval)在他们任何一个惯性系中所行走的时空路径(这些路径被称为世界线(worldlines))上的积分来准确地计算出来的。近似的方法可以用来计算一加速中的宇宙飞船的相对性行为(参看相对性火箭)。狭义相对论唯一不适用的情况是当重力的影响是不能被忽略的时候,这时就真的需要用到广义相对论。
这个结果是由狭义相对论所推测出的(移动时钟的时间膨胀现象),而且能够透过实验来验证:科学家能够在地面上探测到大气层上层产生的μ介子。如果没有时间膨胀,那些μ介子在未到达地面之前就已经衰变了。
弑祖佯谬
(也叫祖母悖论)
回到过去
1949年,著名哲学家K·哥德尔根据爱因斯坦广义相对论论述返回到历史中去旅行是容许的。但他同时指出,这中间也存在一些荒谬,比如:如果某个人回到他出生之前的年代,杀了他的祖父,然后再回到他原来的年代,这可能吗?由于在他出生之前他的祖父已经死了,他怎么又会存在呢?所以,由于这个佯谬的存在,科学家提出一种“平行时空”的观点,且这个观点被科学界所基本认同,即:时空不是唯一存在的,而是有无数个时空平行的存在,它们彼此之间一般情况是无法产生联系的。每个时空都依照它本身的规律和顺序演变。
平行时空
如果每个时空都平行存在,那么在这个时空存在的人未必在另外的时空也存在。也就说你在另外的时空压根就找不到你的祖父,更谈不上杀掉他了,既然什么事情都差别很大,发展、演变的也不一样,一般也无法产生联系,也影响不到我们自己的时空,那么压根就不能算作回到过去。最多就算是到了别的星球或者说是别的国家去了一趟而已,怎么叫做返回历史。
还有一种时空概念叫做分支时空,就是时空在每分每秒都在产生分支的,每个时空在分支点上相同,但是每个分支未来发展的情况就是独立的,有可能相同,有可能不同,也就是每分每秒在不同的时空分支里都有一个不同的剧情。如果一个人穿越时空回到了过去,那么他杀死了自己祖父,那么在这个点上已经就产生了分枝,在他原来的那个分支上时空,这个人已经消失了,回到过去的另外一个分支上,并且杀死了那个分支上另外一个他的祖父,从这点起,这个新分支又有了一个新的发展剧情,这个解决了平行时空解释不了的,平行时空产生的原因,有多少平行时空的问题。
还有许多其它的佯谬,如薛定谔之猫佯谬等
双生子悖论中,将兄弟两人放于同样的两艘飞船上在太空相对以近光速匀速飞行,则两飞船的运动完全是相对的,那么该如何理解“动钟变慢”?
“但一系列实验已经证明在这个场景中旅行的你确实比你的兄弟更年轻些.”这种论述方法,不如一个环球铯钟的实验更有说服力,因为论述是虚指,同样反对的人可以虚指:“有无数的实验已经推翻相对论”。这种论述没有可证伪的科学特征。
注意
科学是智慧生物对事物变化规律的总结。我们不能用讲故事的方法论述科学,科学的结论,要用科学的方法。
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