Hovedformålet med tankeeksperimentet k alt "Tvillingparadoks" var å tilbakevise logikken og gyldigheten til den spesielle relativitetsteorien (SRT). Det er verdt å nevne med en gang at det faktisk ikke er snakk om noe paradoks, og selve ordet dukker opp i dette emnet fordi essensen av tankeeksperimentet i utgangspunktet ble misforstått.
Hovedideen til SRT
Paradokset til relativitetsteorien (tvillingparadokset) sier at en "stasjonær" observatør oppfatter prosessene med å flytte objekter som bremsende. I samsvar med samme teori er treghetsreferanserammer (rammer der frie legemers bevegelse skjer i en rett linje og jevnt, eller de er i ro) like i forhold til hverandre.
Tvillingparadokset i korte trekk
Tatt i betraktning det andre postulatet, er det en antagelse om inkonsistensen i den spesielle relativitetsteorien. Å tillatedette problemet klart, ble det foreslått å vurdere situasjonen med to tvillingbrødre. Den ene (betinget - en reisende) blir sendt på en romfart, og den andre (en hjemmekropp) blir igjen på planeten Jorden.
Formuleringen av tvillingparadokset under slike forhold høres vanligvis slik ut: i følge hjemmeværende går tiden på klokken som den reisende har langsommere, noe som betyr at når han kommer tilbake, vil hans (den reisendes) klokke vil henge etter. Den reisende ser tvert imot at Jorden beveger seg i forhold til ham (som det er en hjemmemenneske på med klokken), og fra hans synspunkt er det broren som vil fordrive tiden langsommere.
Faktisk er begge brødrene i like forhold, noe som betyr at når de er sammen, vil tiden på klokkene deres være den samme. Samtidig er det ifølge relativitetsteorien bror-reisendes klokke som skal falle bak. Et slikt brudd på den tilsynelatende symmetrien ble ansett som en inkonsekvens i bestemmelsene i teorien.
Tvillingparadoks fra Einsteins relativitetsteori
I 1905 utledet Albert Einstein et teorem som sier at når et par klokker synkronisert med hverandre er i punkt A, kan en av dem bevege seg langs en buet lukket bane med konstant hastighet til de igjen når punktet A (og dette vil ta for eksempel t sekunder), men i ankomstøyeblikket vil de vise mindre tid enn klokken som forble urørlig.
Seks år senere, den paradoksale statusen til denne teorienlevert av Paul Langevin. "Innpakket" i en visuell historie, fikk den snart popularitet selv blant folk langt fra vitenskapen. I følge Langevin selv ble inkonsekvensene i teorien forklart av det faktum at den reisende, da han kom tilbake til jorden, beveget seg i en akselerert hastighet.
To år senere la Max von Laue frem en versjon om at det ikke er akselerasjonsmomentene til et objekt som er signifikante, men det faktum at det faller inn i en annen treghetsreferanseramme når det er på jorden.
Til slutt, i 1918, klarte Einstein selv å forklare paradokset til to tvillinger gjennom gravitasjonsfeltets innflytelse på tidens gang.
Forklaring av paradokset
Tvillingparadokset har en ganske enkel forklaring: den første antagelsen om likhet mellom de to referanserammene er feil. Den reisende holdt seg ikke i treghetsreferanserammen hele tiden (det samme gjelder historien med klokken).
Som et resultat følte mange at spesiell relativitetsteori ikke kunne brukes til å formulere tvillingparadokset riktig, ellers ville inkompatible spådommer resultere.
Alt ble løst da den generelle relativitetsteorien ble opprettet. Hun ga den nøyaktige løsningen på problemet og kunne bekrefte at av et par synkroniserte klokker, var det de i bevegelse som ville falle bak. Så den opprinnelig paradoksale oppgaven fikk status som en ordinær oppgave.
Kontroversielle saker
Det er forslag somakselerasjonsøyeblikket er betydelig nok til å endre hastigheten på klokken. Men i løpet av en rekke eksperimentelle tester ble det bevist at under påvirkning av akselerasjon, akselererer ikke tidens bevegelse eller bremser ned.
Som et resultat viser segmentet av banen, som en av brødrene akselererte på, bare en viss asymmetri som oppstår mellom den reisende og hjemmekroppen.
Men denne uttalelsen kan ikke forklare hvorfor tiden går langsommere for et objekt i bevegelse, og ikke for noe som forblir i ro.
Test med praksis
Tvillingparadoksformlene og teoremene beskriver nøyaktig, men det er ganske vanskelig for en inkompetent person. For de som er mer tilbøyelige til å stole på praksis fremfor teoretiske beregninger, har det blitt utført en rekke eksperimenter, hvis formål var å bevise eller motbevise relativitetsteorien.
I ett tilfelle ble det brukt en atomklokke. De er svært nøyaktige, og for et minimum av desynkronisering vil de trenge mer enn én million år. Plassert i et passasjerfly, sirklet de rundt jorden flere ganger og viste da et ganske merkbart etterslep bak de klokkene som ikke fløy noe sted. Og dette til tross for at bevegelseshastigheten til den første prøven av klokken var langt fra lys.
Et annet eksempel: livet til myoner (tunge elektroner) er lengre. Disse elementarpartiklene er flere hundre ganger tyngre enn vanlige partikler, har negativ ladning og dannes i det øvre laget av jordatmosfæren pga.virkning av kosmiske stråler. Hastigheten på deres bevegelse mot jorden er bare litt lavere enn lysets hastighet. Med sin sanne levetid (2 mikrosekunder), ville de ha forf alt før de berørte planetens overflate. Men i ferd med å fly lever de 15 ganger lenger (30 mikrosekunder) og når fortsatt målet.
Fysisk årsak til paradoks og signalutveksling
Fysikk forklarer tvillingparadokset på et mer tilgjengelig språk. Under flyturen er begge tvillingbrødrene utenfor rekkevidde for hverandre og kan praktisk t alt ikke sørge for at klokkene deres beveger seg synkronisert. Det er mulig å bestemme nøyaktig hvor mye bevegelsen til de reisendes klokker bremser ned hvis vi analyserer signalene som de vil sende til hverandre. Dette er konvensjonelle signaler for "eksakt tid", uttrykt som lyspulser eller videooverføring av urskiven.
Du må forstå at signalet ikke vil bli overført i nåtid, men allerede i fortid, siden signalet forplanter seg med en viss hastighet og det tar en viss tid å gå fra kilden til mottakeren.
Det er mulig å evaluere resultatet av signaldialogen korrekt kun ved å ta hensyn til Doppler-effekten: når kilden beveger seg bort fra mottakeren, vil signalfrekvensen reduseres, og når den nærmes, vil den øke.
Formulere en forklaring i paradoksale situasjoner
Det er to hovedmåter å forklare paradoksene i disse tvillinghistoriene:
- Oppmerksomvurdering av eksisterende logiske konstruksjoner for motsigelser og identifisering av logiske feil i resonnementskjeden.
- Utfører detaljerte beregninger for å evaluere faktumet med tidsbremsing fra hver av brødrenes synspunkt.
Den første gruppen inkluderer beregningsuttrykk basert på SRT og innskrevet i treghetsreferanserammer. Det antas her at momentene knyttet til bevegelsesakselerasjonen er så små i forhold til den totale flylengden at de kan neglisjeres. I noen tilfeller kan de introdusere en tredje treghetsreferanseramme, som beveger seg i motsatt retning i forhold til den reisende og brukes til å overføre data fra klokken hans til jorden.
Den andre gruppen inkluderer beregninger bygget med hensyn til det faktum at øyeblikk med akselerert bevegelse fortsatt er tilstede. Denne gruppen i seg selv er også delt inn i to undergrupper: den ene bruker gravitasjonsteorien (GR), og den andre ikke. Hvis generell relativitet er involvert, så antas det at ligningen inneholder gravitasjonsfeltet, som tilsvarer akselerasjonen til systemet, og endringen i tidens hastighet tas med i betraktning.
Konklusjon
Alle diskusjoner knyttet til det imaginære paradokset skyldes kun en tilsynelatende logisk feil. Uansett hvordan forholdene for problemet er formulert, er det umulig å sikre at brødrene befinner seg i helt symmetriske forhold. Det er viktig å ta i betraktning at tiden går ned akkurat på bevegelige klokker, som måtte gå gjennom en endring i referanserammer, fordisamtidigheten av hendelser er relativ.
Det er to måter å beregne hvor mye tid som har gått ned fra hver av brødrenes synspunkt: ved å bruke de enkleste handlingene innenfor rammen av den spesielle relativitetsteorien eller å fokusere på ikke-tregne referanserammer. Resultatene av begge beregningskjedene kan være gjensidig konsistente og tjene like mye til å bekrefte at tiden går langsommere på en klokke som beveger seg.
På dette grunnlaget kan det antas at når tankeeksperimentet overføres til virkeligheten, vil den som tar plassen til en hjemmemenneske faktisk bli gammel raskere enn den reisende.
