之前我一直不明白为何不能只考虑地球和飞船之间的相对运动,只知道这样说不通,因为由此得出了一个完全没有结果的结论(既可以是地球在运动,也可以是飞船在运动)。这几天看到了网上的一些说法,以及自己想通了些事情。首先飞船在动,这个是肯定的。如何确定不是地球在动?在只有地球和飞船的系统里无法得出结论。因为飞船在做变加速运动,于是会受力,而力的作用是相互的,飞船受力必然有个施力物体,这个物体肯定不是地球。拿最普通的工质发动机来说,需要向外抛射高速气流来产生推力,这些抛射出去的物质其实就是受到反作用力的物体。所以实际上这个系统里不可避免地会有第三个物体。可以得出是飞船在受力而不是地球。
然后再回到楼主的问题本身,关于年龄变化在网上看到了个更简明的解释方法可以把双胞胎佯谬转化成另一个模型:搞清楚了在动的是飞船,而且知道必然有第三个物体参与这个系统,假设有个具有正常引力的恒星,两个兄弟在距离恒星无穷远不受引力的地方。原本两个兄弟都是静止的,因为某种细微扰动让其中一人开始向着恒星运动。随着越来越靠近恒星,受到的引力也越来越大,最后在离恒星很近的地方高速擦过,沿着椭圆轨道又慢慢回到无穷远的地方和他的兄弟相遇。这时候,绕星一圈的那人会比静止的那人看起来年轻,因为在引力的作用下时间会变慢,而他的兄弟——没有受到引力影响——时间是“正常”流逝的。
由以上的解释说明了飞船在变加速运动的时候受到的加速度,其本质上是和引力产生的重力是一样的。反过来说飞船在飞行时产生的加速度,实际上就是引力。