Paradoks av tvillinger (tankeeksperiment): forklaring

Hovedformålet med tankeeksperimentet "The Paradox of the Twins" var å motbevise logikk og gyldighet av den spesielle relativitetsteorien (STR). Det bør bemerkes med det samme at det ikke er noen spørsmål om noe paradoks faktisk, og selve ordet vises i dette emnet fordi essensen av det mentale eksperimentet ble opprinnelig misforstått.

Hovedideen til SRT

Paradokset av relativitetsteorien (paradoksen til tvillinger) sier at en "stasjonær" observatør oppfatter prosessene for å bevege objekter som bremse ned. I samsvar med samme teori er inertielle referanserammer (systemer der bevegelsen av frie legemer er rettlinjede og ensartede eller de er i ro) lik i rettigheter i forhold til hverandre.

Paradoks for tvillinger: kort

Med tanke på det andre postulatet antas det at den spesielle relativitetsteorien er inkonsekvent . For å løse dette problemet visuelt, ble det foreslått å vurdere situasjonen med to tvillingbrødre. En (betinget - reisende) sendes til romferd, og den andre (homebody) er igjen på planeten Jorden.

Ordlyden av tvillingparadiset under slike forhold lyder vanligvis slik: Ifølge homebody er tiden på klokken som reisende har, beveger seg langsommere, noe som betyr at når han kommer tilbake, vil uret hans falle bak. Den reisende, derimot, ser at jorden beveger seg i forhold til ham (som homebody er med uret på), og fra hans synspunkt er det hans brors tid som vil gå sakte.

Faktisk er begge brødrene i likeverdige forhold, noe som betyr at når de er sammen, blir deres tid det samme på klokka sine. Samtidig, i henhold til relativitetsteorien, er det nettopp timene til reisebroderen som skulle falle bak. Et slikt brudd på tilsynelatende symmetri ble ansett som en inkonsekvens av teoriens bestemmelser.

Paradoks av tvillinger fra Einsteins relativitetsteori

I 1905 avled Albert Einstein en setning som sier at når par av synkroniserte klokker er i punkt A, kan man bevege seg en av dem langs en krøllet lukket banebrytende med konstant hastighet til de igjen når punkt A (og til dette punktet Vil bli brukt, for eksempel t sekunder), men på ankomsttidspunktet vil de vise kortere tid enn klokken som forblir ubevegelig.

Seks år senere ble statusen til paradoksen av denne teorien gitt av Paul Langevin. "Wrapped up" i en visuell historie, ble det snart populært blant mennesker langt fra vitenskapen. Ifølge Langevin selv ble inkonsekvensene i teorien forklart av det faktum at reisen flyttet i et akselerert tempo, tilbake til jorden.

To år senere ble Max von Laue fremsatt en versjon som ikke er signifikant i alle øyeblikk av akselerasjon av objektet, men det faktum at det faller inn i en annen inertial referanseramme når den er på jorden.

Endelig, i 1918, var Einstein i stand til å forklare paradoksen til de to tvillingene gjennom påvirkning av tyngdefeltet på tidens strømning.

Forklaring av paradokset

Paradoksen for tvillingsforklaringen er ganske enkel: Den første antakelsen om likestilling mellom de to referansene er feil. Den reisende bodde i treghetsrammen ikke hele tiden (dette gjelder også klokkenes historie).

Som en følge av dette antydet mange at en spesiell relativitetsteori ikke kan brukes til å formulere tvillings paradoks, ellers oppnås uoverensstemmelser som er uforenlige med hverandre.

Alt ble løst da den generelle relativitetsteorien ble opprettet . Hun ga en nøyaktig løsning for oppgaven ved hånden og var i stand til å bekrefte at fra paret av synkroniserte klokker vil de som er i bevegelse ligge bak. Så først ble den paradoksale oppgaven rangert som en vanlig.

Kontroversielle øyeblikk

Det er forslag om at akselerasjonstiden er betydelig nok til å endre hastigheten på klokken. Men i løpet av en rekke eksperimentelle kontroller ble det påvist at under akselerasjonens akselerasjon, ikke bevegelsen av tiden akselererer eller avtar.

Som et resultat viser segmentet av banen, hvor en av brødrene akselererte, bare en viss asymmetri som oppstår mellom den reisende og homebody.

Men denne uttalelsen kan ikke forklare hvorfor tiden er redusert nøyaktig av et bevegelige objekt, og ikke av det som står i ro.

Øvelsestesting

Paradokset av formellens tvillinger og teorem beskriver nøyaktig, men det er ganske vanskelig for en inkompetent person. For de som er mer tilbøyelige til å stole på praksis, i stedet for teoretiske beregninger, har det blitt utført mange eksperimenter, som hadde som formål å bevise eller motbevise relativitetsteorien.

I ett tilfelle ble det brukt en atomur. De er ekstremt nøyaktige, og for minimal desynkronisering vil de trenge mer enn en million år. Plassert i et passasjerfly fløy de flere ganger rundt jorden og etterpå viste det seg et merkbart lag bak de timene som ikke flykte hvor som helst. Og dette til tross for at bevegelseshastigheten til den første prøven av klokken var langt fra lys.

Et annet eksempel: Muons lengre levetid (tunge elektroner). Disse elementære partiklene er flere hundre ganger tyngre enn vanlig, har en negativ ladning og dannes i det øvre lag av jordens atmosfære på grunn av virkningen av kosmiske stråler. Hastigheten av bevegelsen til jorden er bare litt mindre enn lyshastigheten. Med sin sanne levetid (i 2 mikrosekunder), ville de forfall før de berører overflaten av planeten. Men i ferd med å flyve, lever de 15 ganger lengre (30 mikrosekunder) og oppnår fortsatt målet.

Den fysiske årsaken til paradoks og utveksling av signaler

Paradoks av tvillinger fysikk forklarer og mer tilgjengelig språk. Mens flyet pågår, er begge tvillingbrødre utenfor rekkevidde for hverandre, og kan ikke i praksis verifisere at klokkene deres beveger seg synkront. Det er mulig å bestemme nøyaktig hvor sakte reisendes bevegelse er ved å analysere signalene de sender til hverandre. Disse er betingede signaler av "presis tid", uttrykt som lyspulser eller video kringkasting av uret på klokken.

Det skal forstås at signalet vil bli overført ikke i nærværende tid, men tidligere, da signalutbredelsen skjer i en viss hastighet og det tar en viss tid å passere fra kilden til mottakeren.

Korrekt evaluering av resultatet av signaldialogen kan bare gjøres med Doppler-effekten: Når kilden fjernes fra mottakeren, vil frekvensen av signalet synke, og når den nærmer seg, vil den øke.

Formulering av forklaring i paradoksale situasjoner

For å forklare paradoksene av lignende historier med tvillinger, kan to hovedmetoder brukes:

1. En grundig undersøkelse av de eksisterende logiske konstruksjonene for gjenstand for motsetninger og identifisering av logiske feil i kjeden av resonnement.
2. Gjennomføring av detaljerte beregninger for å vurdere faktum av hemming av tid ut fra hver av brødrenees synspunkt.

Den første gruppen inneholder beregningsuttrykk basert på SRT og innskrivet i inertierammer. Her menes det at øyeblikkene knyttet til akselerasjon av bevegelse er så små i forhold til den totale flygelengden at de kan overses. I noen tilfeller kan et tredje inertialreferansesystem innføres som går fremover i motsatt retning i forhold til reisende og brukes til å overføre data fra klokken til jorden.

Den andre gruppen inkluderer beregninger basert på det faktum at øyeblikk av akselerert bevegelse fremdeles er tilstede. Denne gruppen selv er også oppdelt i to undergrupper: en bruker tyngdekraften teori (GTR), og den andre ikke. Hvis GRT er involvert, er det underforstått at feltet inneholder tyngdekraftsfelt, som tilsvarer akselerasjon av systemet, og tar hensyn til endringen i hastigheten av tidens strømning.

konklusjon

Alle diskusjoner knyttet til det imaginære paradoks skyldes bare en tilsynelatende logisk feil. Uansett hvordan forholdene til problemet ble formulert, er det umulig å sikre at brødrene er i helt symmetriske forhold. Det er viktig å ta hensyn til at tiden går sakte nøyaktig på bevegelige klokker, som måtte gå gjennom endringsrammen av referanse, fordi samtidigheten av hendelsene er relativ.

Beregn hvor mye tid som har bremset fra hver av brødrenees synspunkt, på to måter: Bruk de enkleste handlinger innenfor rammen av den spesielle relativitetsteorien eller ved å fokusere på ikke-inertielle referanserammer. Resultatene fra begge beregningskretsene kan være gjensidig konsistente og tjene til å bekrefte at den bevegelige klokken er langsommere.

På denne bakgrunn kan det antas at når du overfører et mentalt eksperiment til virkeligheten, vil den som tar sted for homebody virkelig bli gammel raskere enn den reisende.