运动时钟的延缓

运动时钟的延缓是由狭义相对论导出的另一个重要的现象。假设使用相对于 S 参考系静止的时钟测量一段时间间隔，且测量结果为τ0，称为原时， 则有

τ0=t2-t1，

同样，如果使用相对于这个时钟运动的 S'参考系中的时钟来测量这段时间间隔，并且考虑到 x1=x2，则有

τ=t'2-t'1=γ（t2-t1）=γτ0.

所以，总是能够得到τ大于τ0 的结果。也就是说当我们在某个参考系中去观察另一个参考系中的事件过程所用的时间τ总是大于在那个参考系中测到的时间τ0，这就说明，物体在运动中的物理过程的节奏会变慢。这个性质在高能物理的研究中起着很大的作用，因为，许多粒子的寿命都是非常短的， 这是观测中的一大障碍，但是，当粒子以接近光速的速度相对于观察者运动时，在观察者看来，它们的寿命就会大大地“延长”，从而达到可以观测的程度。

有一种介子称为 K-介子，是一种不稳定的粒子，静止时的平均寿命是

12.371 纳秒，这样当 K-介子产生后，经过 12.371 纳秒，就衰变到只剩下原

来数量的 36.79％了。如果想要用这种 K-介子再去碰撞别的粒子以产生反应，就需要让 K-介子在产生后飞出一段距离去碰别的粒子。如果这段距离取作 5 米，按 K-分子以接近光速运动估计，不考虑时钟延缓的效应，经过 5 米后，大部分的 K-介子将衰变掉，将只剩下原来数量的 26.00％的 K-介子可以用于碰撞了，这当然是效率很低的了。然而由于相对论的时钟延缓效应，情况要有利得多。如果 K-介子产生时获得动量为 2.OGeV/c，考虑到 K-介子的质量为 0.493677GeV/c2，可以推算出经过 5 米后，K-介子将只衰变掉很小的一部分，还剩下原来数量的 71.69％的 K-介子可以用于碰撞，这当然是效率很高的了，这高效率的来由是“相对论时钟延缓”。

由运动时钟延缓，曾经有一个关于“双生子佯谬”的有趣争论。有人问， 如果对于一个观察者运动的物体的内部物理节奏都会变慢，那么，假设有一对双生子，具有一样的年龄，它们中的一个登上了宇宙飞船，以很高的速度到宇宙中去邀游，而另外一个则留在了地球上。这时对于这两个双生子来说， 每一个人都看到另一个人以很高的速度离自己而去，并且对方的生理节奏都放慢了，过了一段时光，乘宇宙飞船的那一个返回了地球，这时，根据狭义相对论，好像每个人都应该觉得对方年轻了。当然，这是不可能的。实际上， 那个进行旅行的双生子确实由于相对论效应而变得年轻了。他曾经通过相对惯性系作加速运动达到旅行的速度，然后逐渐减速到停止，再反向加速，再旅行，再减速，最后回到地球，于是，经过这样一个复杂的过程，他就比他的同胞兄弟年轻了一些。