Скорость времени и «парадокс близнецов»

26 дек 2018 Владимир Гильен Комментариев: 2

Природа полна удивительных вещей и парадоксов. И один из них, связанных с движением со скоростью света, называется «парадоксом близнецов». 

4 310
Выбор редакции

Вероятно, вы знакомы с таким явлением, как период полураспада: многие субатомные частицы нестабильны и спустя короткое время распадаются (преобразуются во что-то другое). Период полураспада частицы — время, которое ей нужно «ждать», чтобы достигнуть 50%-ной вероятности распада.

 

Например, период полураспада мюонов — 2,2 микросекунды. Если бы у вас было 100 мюонов, через 2,2 микросекунды осталось бы всего 50 мюонов, верно? На самом деле, не обязательно. 

 

2,2 микросекунды — время, прошедшее для мюона. Если у вас есть горстка из 100 неподвижных мюонов, то спустя 2,2 микросекунды останется около 50. Но если у вас есть друг, который летит на ракете на 50% от скорости света, то когда для вас пройдет 10 секунд, для него пройдет 8,66 секунды.

 

Оказывается, к мюонам это тоже применимо. Так что, если ваши 100 мюонов не статичны, а движутся в ускорителе частиц на 50%-ной скорости света, то после 2,2 микросекунды с вашей стороны для мюонов пройдет около 1,9 микросекунды. Значит, к этому моменту у вас останется около 55 мюонов.

 

В вашей системе отсчета прошло бы 2,54 микросекунды, когда для мюонов прошло бы 2,2 микросекунды. Итак, получается, 50 мюонов у вас осталось спустя 2,54 микросекунды.

 

При чем тут близнецы?

 

Возможно, вы читаете и думаете: а при чем тут близнецы и парадоксы? Знаете, это очень хороший и своевременный вопрос.

 

Представьте, что у вас есть брат-близнец. И еще в молодости вы узнали, что он злодей и замыслил захватить мир. Чтобы избавить планету от его чудовищных планов, вы накачиваете его снотворным, сажаете в ракету и высылаете на 90% от скорости света подальше от Земли.

 

К сожалению, из-за эффекта замедления времени для вашего близнеца время протекает значительно медленнее. За девять ваших лет для него проходит всего четыре года. Если спустя девять ваших лет ему удастся развернуть корабль и вернуться на той же скорости, вы постареете на 18 лет, а он — всего на восемь!

 

Обычно на этом и заканчиваются рассуждения о парадоксе, который впервые был предложен в 1911 году Полем Ланжевеном в качестве мыслительного эксперимента, на этом все заканчивается. Однако при ближайшем рассмотрении «парадокса близнецов» возникает любопытный вопрос.

 

Поль Ланжевен / © Henri Manuel/Wikipedia

Поль Ланжевен / © Henri Manuel/Wikipedia

 

С точки зрения вашего злого близнеца, на 90% от скорости света двигалась Земля и вы вместе с ней. Таким образом, через девять лет, прошедших для него, всего четыре года должно пройти для вас. Другими словами, если ваш близнец считает, что от вылета до возвращения для него прошло восемь лет, то для вас должно было пройти всего три с половиной года!

 

Итак, когда ваш близнец-злодей вернется, кто из вас будет старше? Именно в этом и заключается парадокс.

 

Может показаться, что этот вопрос — приговор для Специальной теории относительности. Некоторые сегодня посвящают целые веб-сайты «разоблачению» СТО. Тем не менее мы можем научно доказать, что один из близнецов действительно постареет в большей мере.

 

«Парадокс близнецов» — одна из тех задач, у которых есть единственное элегантное решение (или, можно сказать, ответ). Как вы уже могли понять, эта задача включает в себя релятивистское замедление времени в соответствии со Специальной теорией относительности.

 

Решение

 

Подходя к решению парадокса, сначала представим, что у вас и вашего близнеца на руках есть часы, а ваша подруга может следить за временем на ваших и его часах. Вы можете самостоятельно следить за временем на своих часах, а ваш близнец — на своих: каждый там, где находится. Но это необычные часы: они тикают только раз в году — в день годовщины спасения Земли от вашей злой копии. В этот день вы также можете обменяться сообщениями в виде электромагнитного импульса (вы же все-таки семья). И здесь стоит заметить, что свет от телескопа и электромагнитный сигнал, который вы отправляете, движутся с одинаковой скоростью.

 

Теперь, если мы нарисуем пространственно-временную диаграмму для вас и вашего близнеца, получится следующее:

 

Диаграмма «парадокса близнецов» / © Science ABC/Naked Science

Диаграмма «парадокса близнецов» / © Science ABC/Naked Science

 

На рисунке слева — вы с вашей собственной системой отсчета. Справа мы видим две системы отсчета, соответствующие отлету и возвращению вашего брата. 

 

Проведем расчеты, соответствующие вашей системе отсчета. Предположим, ваш близнец пролетел 2,67 светового года в одну сторону. Теперь, когда мы знаем расстояние и скорость, с которой он движется, можно вычислить время, затраченное на путешествие: чуть больше двух с половиной лет. С вашей точки зрения, путешествие близнеца заняло около шести лет.

 

Так, получается, злой брат-близнец вернется на Землю, чтобы вершить хаос, примерно через шесть ваших лет, хотя для него пройдет чуть больше двух с половиной лет. Следовательно, чем больше скорость объектов приближается к световой, тем сильнее замедляется их «опыт» по сравнению с другими объектами, которые не движутся на относительно близких к скорости света скоростях, — будь то человек или мюон.

 

Если вас заинтересовала тема феноменов, связанных со временем, можете также почитать наш материал о гравитационном замедлении времени.

С точки зрения науки

Naked Science Facebook VK Twitter
4 310
Комментарии
Просто поразительно, идиотизм неистребим.
Что такое время? Зачем нужно понятие времени? Время - утилитарное технологическое приспособление, помогающее определить, на какое расстояние одно тело движется дальше (раньше) другого, при сравнении движений тел от точки А до точки В. Всё!!! Разумеется данную задачу можно выполнить и без часов, но другие технологии более затратны и неудобны.
Возникает вопрос, откуда такое преклонение перед часовым механизмом, возведение будильника в культ?!
Разумеется - оттуда - религия, наука, как вид деятельности вышла из религии и ремесла. Ученые сохранили все методологии церковников по созданию мифов, а по манипуляциям в риторике и демагогии, безответственности намного превзошли церковников.
Что бы не быть голословным, рассмотрим, как постулирует свойства пространства и времени Ньютон - время не зависит от движения материи???!!! с этим согласны и Лоренц и Пуанкаре, и Эйнштейн - подобный вывод могут сделать люди в крайнем умственном, и психическом расстройстве или Ньютон с Эйнштейном никогда не видели часов, не видели, что стрелка часов движется, и стрелка материальна.
Разумеется дело не в умственной неполноценности Ньютона или Эйнштейна, не надо искать смысл, формальную логику, последовательность в обосновании ученых, научной терминологии, напоминающей заклинание шаманов.
В религии и науке давно поняли абсолютную силу невежества, мистического, таинственного, непонятного безотказно действующего на человека.
Наука пользуется плагиатом, создавая собственные мифы, например, миф большого взрыва - аналог всемирного потопа в религии, миф времени - аналог бессмертия, миф светлого завтрака (научного прогресса) - аналог загробной жизни, миф о возобновляемой энергии - аналог божественной силы и т.д.
Одна из первых моих работ по теоретической физике была посвящена ТО Эйнштейна.
В отношении конкретных примеров в данной статье, необходимо пояснить, что при ускорении массы, часы действительно замедляют свой ход(!), на том основании, что любая материя (масса) при ускорении начинает деформироваться, разрушаться, аналогично если ударить по часам молотком, то часы изменят свой ход.
Если один из близнецов движется в ракете (а скорость не бывает относительной) с ускорением то часы в ракете начинают замедлять свой ход, зато ''часы'' биологические организма близнеца, резко ускоряют свой ход, и при достижении ракеты всего лишь 2-й космической скорости близнец может сделать ''кряк'', то есть вернуться к своему брату на землю вперед ногами. Братец останется вечно молодым. Ура-а-а!!!
Данный пример физического опыта неопровержимо доказывает, что при увеличении скорости время существования массы сокращается.

Быстрый вход

Или авторизуйтесь с помощью:

на сайте, чтобы оставить комментарий.
Вы сообщаете об ошибке в следующем тексте:
Нажмите Отправить ошибку