Paradox dvojčat (myšlenkový experiment): vysvětlení

Hlavním účelem myšlenkového experimentu nazvaného "Paradox dvojčat" bylo vyvrátit logiku a platnost speciální teorie relativity (STR). Mělo by se poznamenat, že se vůbec nehovoří o žádném paradoxu a slovo samotné se objevuje v tomto tématu, protože podstata mentálního experimentu byla zpočátku špatně pochopena.

Hlavní idea SRT

Paradox teorie relativity (paradox dvojčat) uvádí, že "nehybný" pozorovatel vnímá proces pohybu objektů jako zpomalující. V souladu s touto teorií jsou inerciální referenční rámce (systémy, v nichž pohyb volných těles jsou přímočarý a jednotný, nebo jsou v klidu), jsou vzájemně rovnocenné.

Paradox dvojčat: krátce

Vzhledem k druhému postulátu vzniká předpoklad nesouladu speciální teorie relativity. Abychom tento problém mohli vyřešit vizuálně, bylo navrženo, aby se situace zvážila se dvěma dvojčaty. Jeden (podmíněně - cestovatel) je poslán na kosmický let a druhý (domovské tělo) je ponechán na planetě Zemi.

Formulace dvojčata paradoxu v takových podmínkách obvykle vypadá takto: Assessment pecivál, čas na hodinách, které jsou na dovolené, pohybující se pomalu, což znamená, že když se vrátí, on (cestovatel), hodiny bude zaostávat. Cestovatel, na druhou stranu, vidí, že se pohybuje v poměru k Zemi (což je pecivál s hodinami), a ze svého pohledu, že nastal čas bratrův půjde pomaleji.

Ve skutečnosti jsou oba bratři ve stejných podmínkách, což znamená, že když jsou spolu, jejich čas bude stejný na hodinkách. Současně podle teorie relativity je právě ta doba bratra cestovatele, která by měla zaostávat. Takové porušení zdánlivé symetrie bylo považováno za nesoulad teoretických ustanovení.

Paradox dvojčat z teorie relativity Einsteina

V roce 1905 Albert Einstein odvodit větu, která uvádí, že když v bodě dvojice vzájemně synchronizovány hodiny, můžete přesunout některé z nich po zakřivené uzavřené dráze s konstantní rychlostí, pokud nejste z A (a to to bude vynaloženo, například t sekund), ale v okamžiku, kdy dorazí ukázat méně času než v hodinách, které zůstaly v klidu.

O šest let později byl paradox této teorie dán Paul Langevin. "Zahalena" ve vizuální historii, brzy získala popularitu i mezi lidmi, kteří jsou daleko od vědy. Podle samotného Langevina byla teoretická nejednotnost vysvětlena skutečností, že cestující se po návratu na Zem pohyboval rychlým tempem.

O dva roky později byl Max von Laue předložen verzi, která není ve všech okamžicích akcelerace předmětu významná, ale skutečnost, že spadá do jiného inerciálního referenčního rámce, když je na Zemi.

A konečně v roce 1918 Einstein sám mohl vysvětlit paradox dvojčat přes vliv gravitačního pole v průběhu času.

Vysvětlení paradoxu

Paradoxní vysvětlení dvojčat je poměrně jednoduché: počáteční předpoklad rovnosti mezi oběma referenčními rámci je nesprávný. Cestovatel zůstal v referenčním setu nečinnosti ne vždy (to platí i pro historii hodin).

V důsledku toho se mnozí domnívali, že zvláštní teorie relativity nemůže být použita k správnému formulaci paradoxu dvojčat, jinak jsou získány nekonzistentní předpovědi.

Vše bylo vyřešeno, když bylo vytvořeno obecná teorie relativity. Dala přesné řešení problému a byl schopen potvrdit, že se jedná o dvojici těch udrží synchronizované hodiny, které jsou v pohybu. Takže zpočátku byl paradoxní úkol klasifikován jako obyčejný.

Kontroverzní okamžiky

Existují návrhy, že akcelerační moment je dostatečně významný pro změnu rychlosti hodin. Ale v průběhu mnoha experimentálních kontrol bylo dokázáno, že v důsledku akcelerace nedochází k akceleraci nebo zpomalení pohybu času.

V koncové části dráhy, na kterém jeden z bratrů zrychlené ukazuje pouze některé asymetrie vzniklé mezi cestujícího a gauč brambor.

Toto prohlášení však nedokáže vysvětlit, proč je čas zpomalován právě pohyblivým objektem, a nikoliv tím, co zůstává v klidu.

Kontrola cvičení

Paradox dvojčat formule a věty popisuje přesně, ale pro neschopnou osobu je poměrně obtížné. Pro ty, kteří mají spíše sklon důvěřovat praxi, spíše než teoretické výpočty, byly provedeny četné experimenty, jejichž cílem bylo dokázat nebo vyvrátit teorii relativity.

V jednom z případů, atomové hodiny. Oni se liší svou hyper-přesností a pro minimální desynchronizaci budou potřebovat více než jeden milión let. Umístěny v letadle cestujících, letěli několikrát po zemi a později ukázali docela znatelné zpoždění od těch hodin, které nikam neleskly. A to navzdory tomu, že rychlost pohybu prvního vzorku hodin byla daleko od světla.

Jiný příklad: delší život muonů (těžkých elektronů). Tyto elementární částice jsou několik setkrát těžší než obvykle, mají negativní náboj a tvoří se v horní vrstvě zemské atmosféry vlivem působení kosmických paprsků. Rychlost jejich pohybu směrem k Zemi je jen o málo menší než rychlost světla. S jejich skutečnou životností (za 2 mikrosekundy) by se rozpadly dřív než se dotýkaly povrchu planety. Ale v průběhu létání žijí 15krát déle (30 mikrosekund) a stále dosahují cíle.

Fyzická příčina paradoxu a výměna signálů

Paradox dvojčat fyziky vysvětluje a přístupnější jazyk. Během letu probíhají oba bratři dvojčata navzájem mimo dosah a nemohou v praxi ujistit, že se jejich hodiny pohybují synchronně. Je možné přesně určit, jak zpomaluje pohyb cestujícího analýzou signálů, které budou navzájem posílat. Jedná se o podmíněné signály "přesného času", vyjádřené jako světelné impulsy nebo video přenos čelní plochy.

Mělo by být zřejmé, že signál nebude přenášen v přítomném čase, ale v minulosti, protože šíření signálu se vyskytuje určitou rychlostí a trvá určitý čas, než se může dostat ze zdroje do přijímače.

Správně vyhodnoťte výsledek dialogového signálu lze provést pouze pomocí Dopplerovského efektu: při odebrání zdroje z přijímače se frekvence signálu sníží a při přiblížení se zvýší.

Formulace vysvětlení v paradoxních situacích

Abychom vysvětlili paradoxy takových příběhů s dvojčaty, mohou být použity dva hlavní způsoby:

1. Pečlivé zvážení stávajících logických konstrukcí pro předmět rozporů a identifikaci logických chyb v řetězci uvažování.
2. Realizace podrobných výpočtů za účelem posouzení skutečnosti, že se z pohledu každého bratra zablokuje čas.

První skupina zahrnuje výpočetní výrazy založené na SRT a zapsané do referenční inerciální referenční rámce. Zde se míní, že momenty spojené se zrychlením pohybu jsou ve vztahu k celkové délce letu tak malé, že mohou být zanedbávány. V některých případech může být zaveden třetí inerciální referenční systém, který postupuje opačným směrem vzhledem k cestujícímu a slouží k přenosu dat z jeho hodin na Zemi.

Druhá skupina zahrnuje výpočty založené na tom, že momenty zrychleného pohybu jsou stále přítomny. Tato skupina je také rozdělena na dvě podskupiny: jedna používá teorii gravitace (GTR) a druhá ne. Pokud se jedná o GRT, předpokládá se, že rovnice obsahuje gravitační pole, které odpovídá zrychlení systému, a bere v úvahu změnu rychlosti toku času.

Závěr

Všechny diskuse spojené s imaginárním paradoxem jsou důsledkem pouze zdánlivé logické chyby. Bez ohledu na to, jak byly formulovány podmínky úkolu, je nemožné zajistit, aby bratři byli v naprosto symetrických podmínkách. Je důležité vzít v úvahu, že čas se zpomaluje právě na pohybujících se hodinách, které musely projít změnou referenčních rámců, protože souběžnost událostí je relativní.

Vypočítejte, kolik času zpomalilo z pohledu každého bratra, a to dvěma způsoby: pomocí jednoduchých akcí v rámci speciální teorie relativity nebo zaostřením na neinvazivní referenční rámce. Výsledky obou výpočetních obvodů mohou být vzájemně konzistentní a stejně slouží k potvrzení, že pohyblivé hodiny jsou pomalejší.

Na tomto základě lze předpokládat, že když přenesete mentální experiment do reality, ten, kdo převezme místo domácího těla, skutečně zestárne rychleji než cestující.