Paradox av tvillingar (tankexperiment): förklaring

Huvudsyftet med tankexperimentet som kallades "The Twilight Paradox" var att motbevisa logiken och giltigheten av den speciella relativitetsteorin (STR). Det bör noteras direkt att det inte är någon fråga om någon paradox, och själva ordet framträder i detta ämne, eftersom kärnan i det mentala experimentet ursprungligen missförstods.

Huvudideen för SRT

Paradoxen av relativitetsteorin (tvillings paradox) säger att en "stationär" observatör uppfattar processerna för att flytta objekt som saktar ner. Enligt samma teori är inertiella referensramar (system där rörelsen av fria kroppar är rätlinjig och enhetlig eller de är vila) lika i rättigheter gentemot varandra.

Paradox av tvillingar: kortfattat

Med hänsyn till det andra postulatet antas det att den speciella relativitetsteorin är inkonsekvent . För att lösa detta problem visuellt, var det föreslagna att överväga situationen med två tvillingbröder. En (villkorligt resande) skickas till rymdflygning, och den andra (homebody) är kvar på planeten Jorden.

Ordalydelsen för tvillingsparadoxen under sådana förhållanden låter vanligtvis så här: enligt homebody är tiden vid klockan som resenären har, rör sig långsammare, vilket innebär att när han kommer tillbaka kommer hans klocka att falla bakom. Resenären ser tvärtom att jorden rör sig i förhållande till honom (som homebody är med sin klocka), och ur hans synvinkel är det hans brors tid som går långsammare.

Faktum är att båda bröderna är i lika villkor, vilket innebär att när de är tillsammans kommer deras tid att vara densamma på sina klockor. Samtidigt, enligt relativitetsteorin, är det precis timmarna på resandebrogen som ska falla bakom. En sådan kränkning av synlig symmetri ansågs vara en inkonsekvens av teoriets bestämmelser.

Paradox av tvillingar från Einsteins relativitetsteori

1905 avled Albert Einstein en stämning som säger att när par av synkroniserade klockor är i punkt A, kan man flytta en av dem längs en krökt linje med konstant hastighet tills de återigen når punkt A (och till denna punkt Spenderas till exempel t sekunder), men vid ankomsten kommer de att visa en kortare tid än klockan som var oförändrad.

Sex år senare gavs statusen för paradoxen av denna teori av Paul Langevin. "Wrapped up" i en visuell historia, blev det snart populärt även bland människor långt ifrån vetenskapen. Enligt Langevin själv förklarades inkonsekvenserna i teorin av det faktum att resenären återvände till jorden, flyttade resenären i en snabb takt.

Två år senare lade Max von Laue fram en version som inte är signifikant vid alla moment av objektets acceleration, men det faktum att det faller in i en annan inertiell referensram när den är på jorden.

Slutligen, i 1918, kunde Einstein själv förklara paradoxen hos de två tvillingarna genom gravitationsfältets inflytande på tidens flöde.

Förklaring av paradoxen

Paradoxen för tvillingarna är ganska enkel: det ursprungliga antagandet om jämlikhet mellan de två referensramarna är felaktigt. Resenären stannade inte i tröghetsramen hela tiden (detta gäller även klockans historia).

Som en konsekvens ansåg många att en särskild relativitetsteori inte kan användas för att korrekt formulera tvillings paradox, annars uppnås inkonsekvenser som är inkompatibla med varandra.

Allt var löst när den allmänna relativitetsteorin skapades . Hon gav en exakt lösning för uppgiften till hands och kunde bekräfta att från paret av synkroniserade klockor kommer de som är i rörelse att ligga bakom. Så ursprungligen rankades den paradoxala uppgiften som en vanlig.

Kontroversiella stunder

Det finns förslag om att accelerationstiden är tillräckligt stor för att ändra klockans varvtal. Men under många experimentella kontroller visade sig att under accelerationens verkan accelererar eller fördröjer inte tidens rörelse.

Som ett resultat visar segmentet av banan, i vilken en av bröderna accelererade, endast en viss asymmetri som uppstår mellan resenären och homebodyen.

Men det här förklaringen kan inte förklara varför tiden saktras av ett rörligt föremål, och inte av det som återstår i vila.

Övningstestning

Paradoxen för tvillingarna av formeln och teorem beskriver noggrant, men det är ganska svårt för en inkompetent person. För de som är mer benägna att lita på övning, snarare än teoretiska beräkningar, har flera experiment utförts, vars syfte var att bevisa eller motbevisa relativitetsteorin.

I ett fall användes en atomur. De är extremt exakta, och för minimal desynkronisering behöver de mer än en miljon år. Placerade i ett passagerarfartyg flög de flera gånger runt jorden och därefter visade en ganska märkbar fördröjning från de timmar som inte flyger någonstans. Och detta trots att rörelsens hastighet för det första urvalet av klockan var långt ifrån ljus.

Ett annat exempel: Muons längre liv (tunga elektroner). Dessa elementära partiklar är flera hundra gånger tyngre än vanligt, har en negativ laddning och bildas i det övre lagret av jordens atmosfär på grund av verkan av kosmiska strålar. Hastigheten av deras rörelse mot jorden är bara lite mindre än ljushastigheten. Med sin sanna livstid (i 2 mikrosekunder) skulle de förfallna innan de rör på planetens yta. Men under flygning lever de 15 gånger längre (30 mikrosekunder) och uppnår fortfarande målet.

Den fysiska orsaken till paradoxen och utbytet av signaler

Paradox av tvillingar fysik förklarar och mer tillgängligt språk. Medan flygningen pågår är båda tvillingsbröderna utom räckhåll för varandra och kan inte i praktiken verifiera att deras klockor rör sig synkront. Det är möjligt att bestämma exakt hur långsam resenärens rörelse är genom att analysera de signaler som de kommer att skicka till varandra. Dessa är konditionerade signaler av "exakt tid", uttryckta som ljuspulser eller video-sändning av klockan på klockan.

Det bör förstås att signalen kommer att överföras inte i nuvarande tid men tidigare, då signalutbredningen sker i en viss takt och det tar en viss tid att passera från källan till mottagaren.

Korrekt utvärdera resultatet av signaldialogen kan endast göras med Doppler-effekten: När källan tas bort från mottagaren, sjunker frekvensen av signalen och när den närmar sig, kommer den att öka.

Formulering av förklaring i paradoxala situationer

För att förklara paradoxerna av liknande historier med tvillingar kan två huvudmetoder användas:

1. En noggrann undersökning av befintliga logiska konstruktioner för ämnet motsägelser och identifiering av logiska fel i resonemangskedjan.
2. Förverkligande av detaljerade beräkningar för att bedöma faktumet av hämning av tid ur varje brödes synvinkel.

Den första gruppen innehåller beräkningsuttryck baserade på SRT och inskriven i tröghetsramar. Här menas det att stunderna i samband med accelerationen av rörelsen är så små i förhållande till den totala flyglängden att de kan försummas. I vissa fall kan ett tredje tröghetsreferenssystem introduceras som går framåt i motsatt riktning med hänsyn till resenären och används för att överföra data från sin klocka till jorden.

Den andra gruppen innehåller beräkningar baserade på det faktum att moment av accelererad rörelse fortfarande finns. Denna grupp är också indelad i två undergrupper: en använder gravitationsteori (GTR), och den andra gör det inte. Om GRT är inblandad, är det underförstått att fältet innehåller gravitationsfält, vilket motsvarar systemets acceleration och tar hänsyn till förändringen i hastigheten av tidens flöde.

slutsats

Alla diskussioner i samband med den imaginära paradoxen beror endast på ett tydligt logiskt fel. Oavsett hur villkoren för problemet formulerades är det omöjligt att se till att bröderna är i helt symmetriska förhållanden. Det är viktigt att ta hänsyn till att tiden saktar ner exakt på rörliga klockor, vilket måste gå igenom byte av referensramar, eftersom samtidighet av händelser är relativt.

Beräkna hur mycket tid som har minskat från vart och ett av bröderna, på två sätt: Använd de enklaste åtgärderna inom ramen för den speciella relativitetsteorin eller genom att fokusera på icke-inertiska referensramar. Resultaten från båda beräkningskretsarna kan vara ömsesidigt konsekventa och tjäna lika med att bekräfta att den rörliga klockan är långsammare.

På grundval av detta kan det antas att när du överför ett mentalt experiment till verkligheten, kommer den som tar platsen för homebody att bli gammal snabbare än resenären.