Huvudsyftet med tankeexperimentet som kallas "Tvillingparadox" var att motbevisa logiken och giltigheten i den speciella relativitetsteorin (SRT). Det är värt att omedelbart nämna att det faktiskt inte är fråga om någon paradox, och själva ordet förekommer i det här ämnet eftersom kärnan i tankeexperimentet till en början missförstods.
Huvudidén med SRT
Paradoxen i relativitetsteorin (tvillingparadoxen) säger att en "stationär" observatör uppfattar processerna för att flytta objekt som saktar ner. I enlighet med samma teori är tröghetsreferensramar (ramar där fria kroppars rörelse sker i en rak linje och likformigt, eller de är i vila) lika i förhållande till varandra.
Tvillingparadoxen i korthet
Med hänsyn till det andra postulatet finns det ett antagande om inkonsekvensen i den speciella relativitetsteorin. Att tillåtadetta problem uppenbarligen föreslogs att överväga situationen med två tvillingbröder. Den ena (villkorligt - en resenär) skickas på en rymdfärd och den andra (en hemkropp) lämnas kvar på planeten jorden.
Formuleringen av tvillingparadoxen under sådana förhållanden låter vanligtvis så här: enligt hemmavarande går tiden på klockan som resenären har långsammare, vilket betyder att när han återvänder, hans (resenärens) klocka kommer att släpa efter. Resenären, tvärtom, ser att jorden rör sig i förhållande till honom (på vilken det finns en hemkropp med sin klocka), och ur hans synvinkel är det hans bror som kommer att fördriva tiden långsammare.
Faktum är att båda bröderna är i lika villkor, vilket betyder att när de är tillsammans kommer tiden på deras klockor att vara densamma. Samtidigt är det enligt relativitetsteorin broder-resenärens klocka som borde hamna på efterkälken. En sådan kränkning av den skenbara symmetrin ansågs vara en inkonsekvens i teorins bestämmelser.
Tvillingparadox från Einsteins relativitetsteori
År 1905 härledde Albert Einstein ett teorem som säger att när ett par klockor som är synkroniserade med varandra befinner sig i punkt A, kan en av dem röra sig längs en krökt stängd bana med konstant hastighet tills de åter når punkten A (och detta tar till exempel t sekunder), men vid ankomstögonblicket kommer de att visa mindre tid än klockan som förblev orörlig.
Sex år senare, paradoxstatus för denna teoritillhandahålls av Paul Langevin. "Inlindad" i en visuell berättelse blev den snart populär även bland människor långt från vetenskapen. Enligt Langevin själv förklarades inkonsekvenserna i teorin av det faktum att resenären, när han återvände till jorden, rörde sig i en accelererad takt.
Två år senare lade Max von Laue fram en version om att det inte är accelerationsmomenten för ett objekt som är signifikanta, utan det faktum att det hamnar i en annan tröghetsreferensram när det är på jorden.
Äntligen, 1918, kunde Einstein själv förklara paradoxen med två tvillingar genom gravitationsfältets inverkan på tidens gång.
Förklaring av paradoxen
Tvillingparadoxen har en ganska enkel förklaring: det initiala antagandet om likhet mellan de två referensramarna är fel. Resenären stannade inte i den tröga referensramen hela tiden (detsamma gäller historien med klockan).
Som ett resultat ansåg många att speciell relativitetsteori inte kunde användas för att korrekt formulera tvillingparadoxen, annars skulle inkompatibla förutsägelser uppstå.
Allt löstes när den allmänna relativitetsteorin skapades. Hon gav den exakta lösningen på problemet och kunde bekräfta att av ett par synkroniserade klockor var det de i rörelse som skulle hamna efter. Så den initi alt paradoxala uppgiften fick status som en vanlig.
Kontroversiella frågor
Det finns förslag somaccelerationsmomentet är tillräckligt betydande för att ändra klockans hastighet. Men under loppet av många experimentella tester visades det att under inverkan av acceleration accelererar inte tidens rörelse eller saktar ner.
Som ett resultat visar det segment av banan, som en av bröderna accelererade på, endast en viss asymmetri som uppstår mellan resenären och hemkroppen.
Men detta uttalande kan inte förklara varför tiden saktar ner för ett rörligt föremål, och inte för något som förblir i vila.
Testa med övning
Tvillingparadoxformlerna och -satserna beskriver exakt, men det är ganska svårt för en inkompetent person. För dem som är mer benägna att lita på praktiken snarare än teoretiska beräkningar, har många experiment utförts, vars syfte var att bevisa eller motbevisa relativitetsteorin.
I ett fall användes en atomur. De är mycket noggranna, och för en minimal desynkronisering kommer de att behöva mer än en miljon år. Placerade i ett passagerarplan cirklade de runt jorden flera gånger och visade sedan en ganska märkbar eftersläpning efter de klockor som inte flög någonstans. Och detta trots att rörelsehastigheten för klockans första prov var långt ifrån ljus.
Ett annat exempel: livet för myoner (tunga elektroner) är längre. Dessa elementarpartiklar är flera hundra gånger tyngre än vanliga partiklar, har en negativ laddning och bildas i det övre lagret av jordens atmosfär p.g.a.verkan av kosmiska strålar. Hastigheten för deras rörelse mot jorden är bara något sämre än ljusets hastighet. Med sin sanna livslängd (2 mikrosekunder) skulle de ha förfallit innan de rörde vid planetens yta. Men när de flyger lever de 15 gånger längre (30 mikrosekunder) och når ändå målet.
Fysisk orsak till paradox och signalutbyte
Fysik förklarar tvillingparadoxen på ett mer tillgängligt språk. Under flygningen är båda tvillingbröderna utom räckhåll för varandra och kan praktiskt taget inte se till att deras klockor rör sig i synk. Det är möjligt att avgöra exakt hur mycket resenärens klockors rörelse saktar ner om vi analyserar signalerna som de kommer att skicka till varandra. Dessa är konventionella signaler för "exakt tid", uttryckt som ljuspulser eller videoöverföring av urtavlan.
Du måste förstå att signalen inte kommer att sändas i nutid, utan redan i det förflutna, eftersom signalen fortplantar sig med en viss hastighet och det tar en viss tid att passera från källan till mottagaren.
Det är möjligt att korrekt utvärdera resultatet av signaldialogen endast med hänsyn till dopplereffekten: när källan rör sig bort från mottagaren kommer signalfrekvensen att minska, och när den närmar sig kommer den att öka.
Formulera en förklaring i paradoxala situationer
Det finns två huvudsakliga sätt att förklara paradoxerna med dessa tvillingberättelser:
- Uppmärksambeaktande av befintliga logiska konstruktioner för motsägelser och identifiering av logiska fel i resonemangskedjan.
- Utför detaljerade beräkningar för att utvärdera faktumet av tidsinbromsning ur var och en av brödernas synvinkel.
Den första gruppen inkluderar beräkningsuttryck baserade på SRT och inskrivna i tröghetsreferensramar. Det antas här att momenten i samband med rörelseaccelerationen är så små i förhållande till den totala flyglängden att de kan försummas. I vissa fall kan de införa en tredje tröghetsreferensram, som rör sig i motsatt riktning i förhållande till resenären och används för att överföra data från hans klocka till jorden.
Den andra gruppen inkluderar beräkningar byggda med hänsyn till det faktum att ögonblick av accelererad rörelse fortfarande är närvarande. Denna grupp i sig är också uppdelad i två undergrupper: den ena använder gravitationsteorin (GR), och den andra inte. Om allmän relativitet är inblandad, så antas det att ekvationen innehåller gravitationsfältet, som motsvarar systemets acceleration, och förändringen i tidens hastighet tas med i beräkningen.
Slutsats
Alla diskussioner relaterade till den imaginära paradoxen beror endast på ett till synes logiskt fel. Hur villkoren för problemet än formuleras är det omöjligt att säkerställa att bröderna befinner sig i helt symmetriska förhållanden. Det är viktigt att tänka på att tiden saktar ner just på rörliga klockor, som måste genomgå en förändring i referensramarna, eftersomsamtidighet av händelser är relativ.
Det finns två sätt att beräkna hur mycket tid som har saktat ner ur var och en av brödernas synvinkel: att använda de enklaste åtgärderna inom ramen för den speciella relativitetsteorin eller att fokusera på icke-tröghetsreferensramar. Resultaten av båda beräkningskedjorna kan vara inbördes konsekventa och på samma sätt tjäna till att bekräfta att tiden går långsammare på en klocka som rör sig.
På denna grund kan det antas att när tankeexperimentet överförs till verkligheten kommer den som tar platsen för en homebody verkligen att åldras snabbare än resenären.
