Парадокс на близнаците (мисъл експеримент): обяснение

Основната цел на мисловния експеримент, наречен "Парадоксът на близнаците", беше да се опровергае логиката и валидността на специалната теория на относителността (STR). Тя трябва незабавно да направите резервация, че за всеки парадокс е всъщност да става и дума, тъй като се появи думата в темата, защото същността на експеримента мисъл е била първоначално неправилно интерпретирани.

Основната идея на SRT

парадокс теория на относителността (парадоксът на близнаците) заявява, че един "неподвижен" наблюдател възприема процесите на движещи се обекти като забавяне. Съгласно същата теория, инерциалните еталонни рамки (системи, в които движението на свободните тела са праволинейни и еднакви или са в покой), са еднакви по права един спрямо друг.

Парадокс на близнаците: накратко

Като се има предвид вторият постулат, възниква предположението за несъответствие специална теория на относителността. За да се реши този проблем визуално, беше предложено да се разгледа ситуацията с двама братя близнаци. Един (условно - пътешественик) е изпратен на космически полет, а другият (домашно тяло) е оставен на планетата Земя.

Формулировката на парадокса на близнаците в такива условия обикновено протича по следния начин: домошар оценка, времето на часовника, които са на пътника, движейки се бавно, което означава, че когато се върне, той (на пътника), часовникът ще изостане. Traveler, от друга страна, вижда, че тя се движи спрямо Земята (което е домошар с часовник), и от гледна точка си, че е време брат му ще отиде по-бавно.

Всъщност и двамата братя са в еднакви условия, което означава, че когато са заедно, времето им ще бъде същото за техните часовници. В същото време, според теорията на относителността, то точно часът на братя на пътешественика трябва да изостане. Такова нарушение на очевидната симетрия се счита за несъответствие на разпоредбите на теорията.

Парадокс на близнаци от теорията на относителността на Айнщайн

През 1905 г. Алберт Айнщайн, получена една теорема, която гласи, че когато в точка Чифт синхронизирани помежду часа, можете да преместите някои от тях заедно извита затворен път с постоянна скорост, стига те да не са направени от A (и за тази ще бъдат изразходвани, например, секунди), но в момента на пристигане те ще покажат по-кратко време от часовника, който остава неподвижен.

Шест години по-късно статутът на парадокса на тази теория е даден от Пол Лангвин. "Опакован" във визуална история, скоро се е превърнал в популярност сред хората, далеч от науката. Според самия Ланжевин теоретичните несъответствия се обясняват с факта, че пътят, който се връща на Земята, се движеше ускорено.

Две години по-късно, Макс фон Лауе е усъвършенствана версия, която не е важно, ние можем ускорение на обекта, както и факта, че той се намира в различна инерциална референтна рамка, когато се появи на Земята.

И накрая, през 1918 г. Айнщайн е могъл да обясни самия парадокс на две близнаци чрез влиянието на гравитационното поле върху потока от време.

Обяснение на парадокса

Парадоксалното обяснение на близнаците е съвсем проста: първоначалното предположение за равенство между двете референтни рамки е неправилно. Пътникът не е останал постоянно в инерциалната рамка за справка (това важи и за историята на часовника).

В резултат на това мнозина смятат, че специална теория на относителността не може да се използва за правилно формулиране на парадокса на близнаците, иначе се получават непоследователни прогнози.

Всичко беше решено, когато беше създадено обща теория на относителността. Тя даде точно решение за съществуващата задача и успя да потвърди, че двойката синхронизирани часовници ще изостава зад тези, които са в движение. Така че първоначално парадоксалната задача бе класирана като обикновена.

Противоречиви моменти

Има предложения, че усукващият въртящ момент е достатъчно значим, за да се промени скоростта на часовника. Но в хода на множество експериментални проверки се доказва, че при действието на ускорението движението на времето не се ускорява или забавя.

В резултат на това сегментът на траекторията, в който един от братята се ускори, показва само известна асиметрия, възникваща между пътника и престоя в дома.

Но това твърдение не може да обясни защо времето се забавя точно от движещ се обект, а не от това, което остава в покой.

Практическа проверка

Парадоксът на близнаците с формули и теореми описва точно, но е доста трудно за некомпетентен човек. За тези, които са по-склонни да се доверят на практиката, а не теоретични изчисления, че е имало многобройни експерименти, целящи да докажат или опровергаят теорията на относителността.

В един от случаите, атомен часовник. Те се различават по своята прецизна точност, а за минимална десинхронизация те ще се нуждаят от повече от един милион години. Поставени в пътнически самолет, те летяха няколко пъти около Земята и след това показаха доста забележимо изоставане от тези часове, които не летяха никъде. И това въпреки факта, че скоростта на движение на първата проба от часовника беше далеч от светлина.

Друг пример: по-дълъг живот на муони (тежки електрони). Тези елементарни частици са няколкостотин пъти по-тежки от обикновено, имат отрицателен заряд и се образуват в горния слой на атмосферата на Земята, дължащ се на действието на космическите лъчи. Скоростта на тяхното движение към Земята е малко по-малка от скоростта на светлината. При истинската им продължителност (за 2 микросекунди), те ще се разпадат по-рано, отколкото да докоснат повърхността на планетата. Но в процеса на летене те живеят 15 пъти по-дълго (30 микросекунди) и все още постигат целта.

Физическата причина за парадокса и обмяната на сигнали

Парадоксът на близнаците физика обяснява и по-достъпен език. Докато полетът е в ход, двамата братя близнаци са недостъпни един за друг и не могат на практика да се уверят, че техните часовници се движат в синхрон. Възможно е точно да се определи колко бавно се движи пътникът, като се анализират сигналите, които те ще изпращат един към друг. Това са условни сигнали за "точно време", изразени като светлинни импулси или видео предаване на часовниковата страна.

Трябва да се разбере, че сигналът ще бъде предаден не в сегашното напрежение, а в миналото, тъй като разпространението на сигнала се осъществява с определена скорост и отнема известно време, за да премине от източника към приемника.

Правилната оценка на резултата от диалога за сигнала може да се извърши само с доплеров ефект: когато източникът бъде премахнат от приемника, честотата на сигнала ще намалее и при приближаването му ще се увеличи.

Формулиране на обяснение в парадоксални ситуации

За да обясним парадоксите на тези истории с близнаци, могат да се използват два основни начина:

1. А внимателна преценка на наличните логически конструкции за противоречия и идентифициране на логически грешки в последователността на аргументите.
2. Изпълнение на подробни изчисления за оценка на инхибирането време факт по отношение на всеки един от братята.

Първата група включва изчислителни изрази, базирани на SRT и вписани в инерционни еталонни рамки. Тук се има предвид, че моментите, свързани с ускорението на движението, са толкова малки по отношение на общата дължина на полета, че могат да бъдат пренебрегнати. В някои случаи може да се въведе трета инерционна референтна система, която напредва в обратна посока по отношение на пътника и се използва за прехвърляне на данни от часовника си към Земята.

Втората група включва изчисления, основаващи се на факта, че все още са налице моменти на ускорено движение. Тази самата група също е подразделена на две подгрупи: едната използва гравитационна теория (GTR), а другата не. Ако се включва GRT, се предполага, че уравнението включва гравитационно поле, съответстващо на ускорението на системата, и отчита промяната в скоростта на потока от време.

заключение

Всички дискусии, свързани с въображаемия парадокс, се дължат само на очевидна логическа грешка. Независимо от формулирането на условията на задачата, не е възможно да се гарантира, че братята са в напълно симетрични условия. Важно е да се има предвид, че времето се забавя именно върху движещ се часовник, който е трябвало да премине през промяна на референтни рамки, защото едновременността на събитията е относителна.

Изчислете колко време е забавено от гледна точка на всеки от братята по два начина: използване на прости действия в рамките на специалната теория на относителността или чрез фокусиране върху не-инерционни рамки за справка. Резултатите от двете изчислителни схеми могат да бъдат взаимно съгласувани и еднакво да служат за потвърждение, че движещият се часовник е по-бавен.

Въз основа на това може да се приеме, че когато прехвърлите психически експеримент в реалност, този, който заема мястото на домашно семейство, наистина ще остарее по-бързо от пътешественика.