Paradoxul gemeniilor (experimentul gândirii): o explicație

Scopul principal al experimentului de gândire numit "Paradoxul gemenilor" era de a respinge logica și validitatea teoriei speciale a relativității (STR). Trebuie remarcat imediat că în realitate nu se vorbește de nici un paradox, iar cuvântul însuși apare în acest subiect, deoarece esența experimentului mental a fost inițial înțeles greșit.

Ideea principală a SRT

paradox teoria relativității (paradoxul gemenilor) afirmă că un observator "nemișcat" percepe procesele de mișcare a obiectelor ca încetinind. În conformitate cu același sistem de referință inerțial teorie (un sistem în care mișcarea corpurilor libere are loc în mod uniform, sau ele sunt în repaus), egale între ele.

Paradoxul gemenilor: pe scurt

Luând în considerare cel de-al doilea postulat, apare ipoteza unei inconsecvențe teoria specială a relativității. Pentru a rezolva această problemă vizual, a fost sugerat să ia în considerare situația cu doi frați gemeni. Unul (călător condițional) este trimis la zbor spațial, iar celălalt (căminul) este lăsat pe planeta Pământ.

Formularea paradoxului gemeni în astfel de condiții sună de obicei în felul următor: în funcție de casă, timpul la ceasul călătorului se mișcă mai încet, ceea ce înseamnă că atunci când se întoarce, ceasul său va cădea în urmă. Călătorul, dimpotrivă, vede că Pământul se mișcă cu respect față de el (pe care familia de domiciliu este cu ceasul său) și, din punctul său de vedere, fratelui său, timpul va merge mai încet.

De fapt, ambii frați sunt în condiții egale, ceea ce înseamnă că atunci când sunt împreună, timpul lor va fi același pe ceasurile lor. În același timp, conform teoriei relativității, tocmai orele fratelui călătorului ar trebui să rămână în urmă. O astfel de încălcare a simetriei aparente a fost considerată o inconsecvență a dispozițiilor teoriei.

Paradoxul gemenilor din teoria relativității lui Einstein

În 1905, Albert Einstein a derivat o teorema, care prevede că, atunci când la punctul O pereche de sincronizate cu fiecare alte ore, puteți muta unele dintre ele de-a lungul unui traseu închis curbat, cu o viteză constantă, atâta timp cât acestea nu sunt realizate dintr-un (și la această vor fi cheltuite, de exemplu, în secunde), dar în momentul sosirii vor avea o durată mai scurtă decât ceasul care a rămas nemișcat.

Șase ani mai târziu, statutul paradoxului acestei teorii a fost dat de Paul Langevin. "Înfășurat" într-o istorie vizuală, în curând a câștigat popularitate chiar și printre oameni departe de știință. Potrivit lui Langevin însuși, neconcordanțele teoretice au fost explicate prin faptul că, revenind pe Pământ, călătorul sa mișcat într-un ritm accelerat.

Doi ani mai târziu, Max von Laue a prezentat o versiune care nu este semnificativă în toate momentele de accelerare a obiectului, ci faptul că se încadrează într-un alt cadru de referință inerțial când este pe Pământ.

În cele din urmă, în 1918, Einstein a fost capabil să explice paradoxul a două gemeni prin influența câmpului gravitațional asupra fluxului de timp.

Explicarea paradoxului

Explicația paradoxală a gemenilor este destul de simplă: ipoteza inițială a egalității dintre cele două cadre de referință este incorectă. Călătorul nu a stat tot timpul în cadrul de referință inerțial (aceasta se aplică și istoricului ceasului).

Ca o consecință, mulți au considerat că o teorie specială a relativității nu poate fi utilizată pentru a formula corect paradoxul gemeni, altfel se obțin previziuni inconsistente.

Totul a fost rezolvat când a fost creat teoria generală a relativității. Ea a oferit o soluție exactă pentru sarcina existentă și a reușit să confirme că perechea de ceasuri sincronizate va rămâne în urma celor care sunt în mișcare. Deci, inițial, sarcina paradoxală a fost clasificată drept una obișnuită.

Momente controversate

Există sugestii conform cărora cuplul de accelerație este suficient de semnificativ pentru a schimba viteza ceasului. Dar, în cursul numeroaselor verificări experimentale, sa demonstrat că sub acțiunea accelerării mișcarea de timp nu accelerează sau nu încetinește.

Ca rezultat, segmentul traiectoriei, în care unul dintre frați a accelerat, demonstrează doar o anumită asimetrie care apare între călător și starea de ședere la domiciliu.

Dar această afirmație nu poate explica de ce timpul este încetinit tocmai de un obiect în mișcare și nu de ceea ce rămâne în repaus.

Verificarea practică

Paradoxul gemeniilor cu formule și teoreme descrie cu exactitate, dar este destul de dificil pentru o persoană incompetentă. Pentru cei care sunt mai înclinați să aibă încredere în practică decât calcule teoretice, s-au desfășurat numeroase experimente, al căror scop a fost să dovedească sau să respingă teoria relativității.

Într-unul din cazuri, ceas atomic. Ele diferă în hiper-precizie și pentru o desincronizare minimă vor avea nevoie de mai mult de un milion de ani. Plasate într-un avion de pasageri, au zburat de mai multe ori în jurul Pământului și după aceea au arătat un decalaj considerabil din acele ore care nu zburau nicăieri. Și aceasta, în ciuda faptului că viteza de mișcare a primului eșantion al ceasului era departe de lumină.

Un alt exemplu: viața mai lungă a muonilor (electroni grei). Aceste particule elementare sunt de câteva sute de ori mai grele decât de obicei, au o sarcină negativă și se formează în stratul superior al atmosferei pământului datorită acțiunii razelor cosmice. Viteza mișcării lor spre Pământ este doar puțin mai mică decât viteza luminii. Cu adevărata lor durată de viață (în 2 microsecunde), s-ar descompune mai devreme decât să atingă suprafața planetei. Însă în timpul zborului, ei trăiesc de 15 ori mai mult (30 de microsecunde) și ating încă obiectivul.

Cauza fizică a paradoxului și schimbul de semnale

Paradoxul fizicii gemeni explică și un limbaj mai accesibil. În timp ce zborul este în curs de desfășurare, ambii frați gemeni nu sunt la îndemâna unii de alții și nu pot, în practică, să se asigure că ceasurile lor se mișcă în sincronizare. Este posibil să se determine cu exactitate cât de lent este mișcarea călătorului prin analizarea semnalelor pe care le vor trimite reciproc. Acestea sunt semnale condiționate de "timp exact", exprimate ca impulsuri luminoase sau transmisii video ale feței ceasului.

Trebuie înțeles faptul că semnalul nu vor fi transmise în timp real, și în trecut, deoarece propagarea semnalului are loc la o anumită viteză și necesită ceva timp pentru a călători de la sursa la receptor.

Evaluarea corectă a rezultatului dialogului de semnal se poate face numai cu efectul Doppler: atunci când sursa este scoasă din receptor, frecvența semnalului va scădea, iar atunci când se apropie, va crește.

Formularea explicațiilor în situații paradoxale

Pentru a explica paradoxurile unor astfel de povești cu gemeni, pot fi folosite două modalități principale:

1. O examinare atentă a construcțiilor logice existente pentru subiectul contradicțiilor și identificarea erorilor logice în lanțul raționamentului.
2. Realizarea unor calcule detaliate pentru a evalua faptul că au fost inhibate timpul din punctul de vedere al fiecăruia dintre frați.

Primul grup include expresii computaționale bazate pe SRT și înscrise în cadrele inerțiale de referință. Aici se înțelege că momentele asociate cu accelerarea mișcării sunt atât de mici în raport cu lungimea totală a zborului încât pot fi neglijate. În unele cazuri, poate fi introdus un al treilea sistem de referință inerțial care avansează în direcția opusă în raport cu călătorul și se utilizează pentru a transfera date din ceasul său către Pământ.

Al doilea grup include calcule bazate pe faptul că momentele de mișcare accelerată sunt încă prezente. Acest grup este, de asemenea, împărțit în două subgrupe: una utilizează teoria gravitației (GTR), iar cealaltă nu. Dacă este implicat GRT, se presupune că ecuația include un câmp de gravitație care corespunde accelerației sistemului și ia în considerare modificarea vitezei fluxului de timp.

concluzie

Toate discuțiile legate de paradoxul imaginar se datorează doar unei erori aparent logice. Indiferent de modul în care condițiile de sarcină au fost formulate, este imposibil să se asigure că frații sunt în condiții complet simetrice. Este important să se țină cont de faptul că timpul este încetinit tocmai pe ceas în mișcare, care a trebuit să treacă printr-o schimbare de cadre de referință, deoarece simultaneitatea evenimentului este relativă.

Calculați cât de mult timp a încetinit din punctul de vedere al fiecăruia dintre frați, în două moduri: folosind acțiuni simple în cadrul teoriei speciale a relativității, sau concentrându-se pe cadrul de referință neinertiale. Rezultatele ambelor circuite de calcul pot fi consecvente reciproc și în același fel servesc pentru a confirma faptul că ceasul în mișcare este mai lent.

Pe această bază, se poate presupune că atunci când transferați un experiment mental în realitate, cel care înlocuiește o persoană de familie va îmbătrâni într-adevăr mai repede decât un călător.