《星际穿越》中爸爸能比女儿年轻, 这件事在相对论看来合理吗?

按照相对论,这样的事情当然有可能会发生,而且很合理。

星际穿越是好几年前的电影了,如果没记错的话,电影中存在这样一个场景,主角来到了一颗行星,该行星由于是在一颗大黑洞附近运行的,所以按照广义相对论,引力能够影响时间,引力场越强的地方时间过得越慢。

于是就有了“一小时等于7年”的设定,主角在该行星上每过一小时,地球就过去了7年。

至于有人疑惑为什么在黑洞附近,还能存在完整的星球、主角在穿越黑洞视界时为什么没有被撕碎等问题,关键在于这颗黑洞的质量非常大,以至于在视界附近的潮汐力足够低,要知道潮汐力才是引起物体破碎的原因。

虽然潮汐力低,但这并不影响事件视界是个单向膜的性质(好像电影中的黑洞是个旋转黑洞,那应该存在内外两个视界,这个设定我记不太清了),也就是说主角在穿越视界后,虽然还活着,但已经没法再回来了。

除了引力对时间的影响,在狭义相对论中,速度对时间也有影响,这一点对经常关注相对论的朋友来说,应该是老生常谈了。

简单来说,如果一艘飞船相对于某位观测者(比如地球上的人)快速运动,那么观测者的时间和飞船时间的流速是不一致的,飞船时间流逝慢,如果爸爸在飞船里,女儿在地球上,那么在旅程结束相遇时,爸爸比女儿年轻是可以实现的。

有人说这不就是双生子佯谬吗?运动是相对的,爸爸比女儿年轻,那女儿也可以比爸爸更小个几十岁啊!实际上,如果二者都是惯性系的话,这句话是对的,但这样也就意味着爸爸一去不复返,不会再相遇了。

如果相遇,那么这个过程中就必须存在非惯性系,因此结论的相对性就被打破了,只能是爸爸比女儿年轻。(注意一点,狭义相与广义相对论的本质区别在于时空是否弯曲,因此双生子问题属于狭义相对论,非惯性系只是度规变了而已,不影响时空)