文／鄭可安 (國立台北教育大學自然科學教育學系四年級)

一講到愛因斯坦的相對論，想必讓很多同學都感到十分頭痛，完全不知道它的內容到底在講述些什麼，再加上愛因斯坦所提出的論點，多是基於假設前提之下才能成立的。所以在相對論問世後，不斷受到其他科學家的挑戰。1911年物理學家朗之萬（Paul Langevin）提出的「雙生子悖論」就是一個相當經典的例子。

在同學試著了解朗之萬反駁愛因斯坦相對論之前，我們必須先建立一個相對論的基本觀念：若A和B各自拿著一個調到相同時間的鬧鐘，A以光速遠離B，B則是拿著鬧鐘保持在原地，這時，當A回頭看著B手中的鬧鐘，會發現B鬧鐘走的比A鬧鐘還慢。

為什麼會有這種結果呢？我們可以想像成，當A想要看到B手中的鬧鐘，需要有光將B鬧鐘的影像折射到A的眼睛，可是A以光速遠離B，所以同樣以光速前進的折射光再怎麼樣都追不上A，因此，A會覺得自己的1秒比站在原地的B的1秒還要長；相對的，站在B的角度而言，因為A持續以光速遠離，B看到的A鬧鐘折射光一樣會比較慢 才傳 送過來，所以B也覺得A鬧鐘的1秒比自己的1秒長，這就是狹義相對論中的「時間膨脹」現象。

加速度改變慣性運動

朗之萬基於這點，提出了一個假想情境：有一對雙胞胎兄弟，哥哥乘上以光速行駛的太空船進行時空旅行，弟弟則待在地球上繼續過日子。

當哥哥經過漫長的旅行返航回到地球後，按照時間膨脹理論，兩兄弟互相覺得對方的時間比較慢，對方理應比自己年輕，不過最後回到同一片土地時，和我們的直觀認知一樣，兩兄弟的年齡應該仍是相同的。

但實際上透過公式的計算，卻得出哥哥踏下太空船的瞬間，會發現自己比弟弟年輕的結論，這不是相對論的理論和計算自相矛盾了嗎？

原來，問題的癥結點在於太空船出航和返航時需要加速度，才能改變原本的慣性運動，而狹義相對論必須處於慣性座標系才能成立，雙胞胎哥哥之所以會比弟弟年輕，也正是因為經歷了太空船加速度的變化，才會有這樣的結果。

直到今天，這個有趣的悖論仍然會被科學家拿出來討論，經過了一趟漫長的時光旅行，竟然就這麼讓兩位雙胞胎的年齡變得不同，足見超乎常理的相對論觀點有多麼值得探索。