例:计算双生子佯谬问题。设孪生哥哥乘速度为0.8C的飞船离开弟弟,一年之后(弟弟时间),飞船突然折返(假设瞬间完成折返),然后以0.6C的速度返回。计算他们重逢时兄弟俩各增加了几岁。
下面我们将从哥哥的观点来计算整个过程。
首先,哥哥观察到弟弟以0.8C的速度离自己远去,这样过了0.6年然后折返(根据题设,弟弟的时间是1年,但哥哥的时间是0.6年)。
其次,在弟弟折返前,哥哥观察到弟弟已离自己的距离是0.8*0.6=0.48光年。与此同时,哥哥也观察到弟弟的动钟变慢效应,因此这时哥哥认为弟弟增加的年龄为0.6*0.6=0.36岁(这时哥哥当然增加了0.6岁)。
因此,在弟弟折返前,哥哥认为自己年长了0.6岁,弟弟只增加了0.36岁。弟弟比自己年轻0.6-0.36=0.24岁。
到目前为止,一切如常。从弟弟的角度看,哥哥动钟变慢;而从哥哥的角度看,弟弟动钟变慢。
然而,就在折返的那一瞬间,弟弟与哥哥所观察到的事实完全不同。弟弟观察哥哥正如路人观察街上的车流来来往往一样,没有任何特别之处。但哥哥却是在飞船上,瞬间的折返将使他承受巨大的冲量(理论上无穷大冲量)。姑且认为哥哥的超人体格能够承受这种巨大冲量,而不至于口吐鲜血而死。那么他会观察到什么呢?
他会观察到时空的突变!
更具体来说,哥哥会发现原位于x=0.48光年处的弟弟,一瞬间就位于0.64光年处了。不仅如此,哥哥还会发现弟弟在这一瞬间突然长大了,其岁数在这一瞬间增加了1.12岁。(当然,哥哥认为自己在这一瞬间没有长大)。
因此,原来比自己年轻0.24岁的弟弟,居然一下子就比自己年长了0.52岁。
接下来,又会是一个通常的狭义相对论过程。哥哥发现离自己0.64光年弟弟以0.6C的速度朝自己驶来,因此弟弟返回与哥哥重逢所需时间为16/15年。因此这一去一来,哥哥总耗时为0.6+16/15=5/3年。而哥哥观察到弟弟在这两段时间内的时钟都是变慢的,并且在这两段时间交界点,弟弟的年龄有一个突变。因此,弟弟的总耗时为0.36+1.12+(16/15)*0.8=7/3年。
因此,相逢时哥哥比弟弟年轻2/3岁。